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业务范围:科研成果转让、技术难题的攻关、现场指导、新工艺的采用和推广,蓄电池产品生产许可证企业生产条件审查的咨询等。

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电池巨头的扩张隐忧

宁德时代以迅雷不及掩耳之势窜上动力电池第一的宝座,并将昔日的霸主松下和LG化学远远甩在身后。沉寂几年的LG化学醒悟过来,迅猛推进抢占动力电池的产能高地。2019年国内新能源汽车动力电池“白名单”正式取消,LG化学卷土重来,加速“抢食”,试图趁着汽车电动化的春风,为公司创造一个新的利润增长点。然而人算不如天算,电动车在2019年毫无征兆地坠入寒冬。LG化学的工厂还没来得及建成,就迎来了电动车的至暗时刻,产能面临无法释放的危险。与此同时,锂电池技术的安全隐患不时爆出,老牌电池霸主预期的翻身之战,变得扑朔迷离。01、争食中国市场LG化学来势汹汹。2019年以来,LG化学在华投资的消息一个接着一个。10月底,LG化学宣布,决定向其位于南京的中国子公司乐金化学投资约30亿元人民币,意在扩建汽车电池的生产设施。中国成为其主攻市场。LG化学追加投资的同时,乐金化学在南京的第二座动力电池工厂建设进入收尾阶段。该工厂在2018年10月动工,主要生产动力电池、储能电池和小型电池,计划2019年底开始量产,2023年实现全面达产。LG化学急于扩张产能,是2018年电池订单急剧增长的缘故。据韩国SNE Research发布的2018年全球EV动力电池出货量排名显示,LG化学动力电池出货量为7.4GWh,同比增长46.8%。奥迪曾因LG化学的动力电池供应不足,而不得不将2019年e-tron SUV的全球生产计划从5.6万辆下调到4.5万辆。奥迪之外,现代集团、沃尔沃、通用、克莱斯勒、雷诺等都是LG化学的客户。2019年9月,LG化学还接到特斯拉的订单,计划通过南京工厂为特斯拉上海超级工厂供货。2015年打入中国市场时,LG还跟上汽集团、中国一汽、长安汽车等成为合作伙伴。虽然入华时间早,但LG并未占到便宜,2016年初中国新能源汽车补贴政策调整,LG化学一直没能进入动力电池目录,导致搭载LG化学电池的车企无法拿到新能源汽车补贴,中国的新能源车企纷纷转向宁德时代、比亚迪等国产电池厂商。中国电动车销量持续走高几年里,LG化学未能分得一杯羹,在中国的电池工厂几乎陷入停滞状态,产能扩张计划更是按下暂停键。目前中国新能源补贴政策调整,车企可以不受补贴政策自由选择电池厂商,LG看到机会,随即启动新一轮的扩张计划。然而,从投资到工厂建设再到最终投产都需要时间,LG化学只能从长计议,等待产能的爆发。02、动力电池寒冬LG化学没等到电池产能爆发,却等来了电动车销量下滑。中国汽车工业协会统计的数据显示,截至2019年9月,往年销量连续翻番的新能源汽车,已连续3个月下降。9月,纯电动汽车产销分别完成7.4万辆和6.3万辆,比上年同期分别下降26.1%和33.1%。中国在新能源补贴政策的刺激下,成为世界最大的新能源汽车消费国,国内电动车销量走低,对全球的电动车企都产生影响,导致车企主动降低电动车产量,动力电池的需求自然随之降低。电动车销量持续下滑的压力,迅速传导到上游产业,LG化学亦遭受到重大冲击,2018年营收利润猛增的势头,在2019年急转直下。LG化学2019年半年报显示,电池业务营收不到去年的一半,营业利润亏损2758亿韩元(约合17亿人民币)。长期以来,电池业务在LG化学公司处在较边缘的位置,电池部分的营业收入占总营收的20%以下,直到2018年才迎来爆发,营业收入超过6兆韩元,占总营收的四分之一。不过,电池业务并不赚钱,为公司贡献的利润比例也不高,2018年达到巅峰对公司的利润贡献率也就9.3%,营业利润为2091亿韩元。纵观近四年LG化学电池业务的表现,其市场占有率持续走低,2016年是17.2%,到2019年上半年萎缩到13%。设计产能一直在提高,但产能利用率却一路下滑,到2019年上半年只有57%,而他的竞争对手宁德时代的产能利用率一直保持在75%以上。产能利用率不高的情况下,LG化学仍跟宁德时代一起拼产能,斥巨资投入兴建工厂。目前,LG化学拥有韩国、中国、波兰和美国四处电池工厂。按照规划,这些工厂到2020年将拥有年产110GWh电池的生产能力。值得注意的是,2018年LG化学的出货量还不到10GWh,两年时间产能暴增,又不幸遭遇电动车销量“寒冬”,势必会造成产能利用率进一步走低,导致工厂机器闲置,从而进一步侵蚀公司的利润。03、起火“阴影”难灭抛开产能等问题不谈,“起火”则是LG化学电池始终无法绕开的安全问题。当下,市场上主流的动力电池是三元电池,属于锂电池技术的一个分支。锂电池技术原理由美国人提出,索尼率先将这项技术在日本商业化。韩国紧跟日本开始研发锂电池技术,在相当长一段时间里,锂电池领域呈现日韩争霸的局面。韩国的锂电池领军企业便是LG化学,它在2000年左右进入锂电池领域,其产品最早是用在电子消费品上。2009年,LG化学与韩国现代起亚合作,首次将自主研发生产的锂离子电池应用于电动车。LG化学在发展锂电池的过程中,一直伴随着“起火”的风险。2016年8月,LG化学南京工厂电池厂房内起火,消防紧急扑灭后,发现是工厂二三层之间的锂电池生产设备起火。同样运用锂电池技术的LG化学储能系统(ESS)起火事故更加频繁,据韩国媒体统计从2017年8月至2019年10月,韩国共发生27起ESS火灾事故,其中有17起装置了LG化学生产的锂电池。经调查小组调查发现,LG化学2017年初生产的部分电池包发现了翻折和切断不良、活性物质涂层不良等制造缺陷。2019年1月,韩国庆尚南道梁山市一个工厂的ESS和全罗北道一座与光伏电站配套的ESS相继起火,其电池均来自LG化学。受此事影响,LG化学一季度营业利润同比下降约60%,LG 化学首席运营官(COO)丁豪荣对媒体解释称:“电池部门受淡季影响,以及韩国国内ESS火灾导致的一次性费用增加而发生亏损,营业利润对比上季度下降。”起火之外,LG化学生产的锂电池亦被哈罗单车质疑。2018年5月,哈罗单车发现平台批量出现了“幽灵单车”,即单车的位置一直没有发生移动。到6月,“幽灵单车”的数量增长到数十万辆。哈罗技术专家随机拆开2000辆失联单车的智能锁,发现均出现电池故障,电芯的防爆阀被冲开,无法正常工作,该电芯正是由LG化学生产的。哈罗单车找LG化学协商无果后,选择将其告上法庭。LG化学锂电池安全问题尚未有效解决之前,电动车电池市场已经发生翻天覆地的变化。特斯拉、蔚来等电动汽车多次发生起火事件,使得消费者对电动车的电池安全越来越看重,车企在选择电池供应商上要求更加严格,同时随着中国动力电池企业的迅速崛起,给了车企更多的选择机会。特斯拉在跟松下、LG化学签约后,又有意向跟宁德时代达成合作。动力电池不再是卖方市场,车企不用顾及供应量的担忧,而可以对电池供应商进行挑选。LG化学一边疯狂扩张产能,另一边锂电池安全问题却仍未解决,在激烈的动力电池战场,是否还能如往日般所向披靡?

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中国电器工业协会铅酸蓄电池分会文件

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工信部发布动力电池回收网点建设指南

11月7日,工业和信息化部网站消息显示,为推动新能源汽车动力蓄电池回收利用,引导和规范动力蓄电池回收服务网点建设运营,工信部制定了《新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南》(简称《指南》),并予以公告。《指南》主要提出了新能源汽车废旧动力蓄电池以及报废的梯次利用电池回收服务网点建设、作业以及安全环保等方面的要求。《指南》提出七大总体要求,包括新能源汽车生产和梯次利用企业需要自建或授权回收服务网点,两方也可以共同建设回收网点;加强对废旧动力蓄电池的跟踪,且回收服务网点不得擅自对其进行拆卸;设置明显提示信息和作业流程规范示意图等指导信息;回收服务网点须将电池类型、来源、数量等相关信息保留记录三年备查等等。在建设方面,《指南》要求新能源汽车生产企业在其销售与区建立收集型回收服务网点;含8000辆以上保有量的企业须建立贮存型回收服务网点,且收集型回收服务网点的废旧动力蓄电池贮存量不超过5吨,贮存型不低于30吨。《指南》表示,已建设的回收服务网点如不符合要求,需在6个月内完成整改。(文/汽车之家 翁萌)

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美国阿贡国家实验室开发新型电解质材料提高锂硫电池性能

据外媒报道,美国阿贡国家实验室的科学家开发和研究了一种电解质材料,据称可以显著提高锂硫电池的性能。这个研究小组制定了一个选择规则,可以帮助研究人员为不同的电池系统选择最合适的电解质材料。锂硫电池是许多储能电池中的一种,通常被认为比如今的锂离子电池具有更高的储能容量,同时可以采用更便宜、更丰富的电解质材料。但是,据阿贡国家实验室称,锂硫电池的性能受到一个称为“多硫化物穿梭”的不良效应的损害,该反应在充电过程中会将没有完全氧化的锂硫化合物溶解到电解液中,然后锂硫化合物在阳极上还原,在阴极上氧化,将会浪费电能。阿贡国家实验室研究小组的一名化学家Chi Cheung Su说,“多硫化物穿梭效应除了加热电池之外,并没有什么效果,这就像从纽约飞往洛杉矶的航班只能在芝加哥和丹佛之间来回奔波一样。”发生这种反应是因为多硫化物易于溶解在含有二氧戊环和二甲氧基乙烷的普通电解质中,但是由于存在氢氟醚(HFE)这种新的电解质,其中多硫化物不易溶解。Cheung Su说:“我们需要同时解决低溶解度和高电导率这两个问题,在这两个问题解决之后,可以使这种电池实现商业应用。”开发没有捷径这个研究小组继续评估各种氢氟醚(HFE)材料和包含它们的电解质的性能,建立有机结构与材料的电化学性能之间的关系,并开发出通用规则来预测不同氢氟醚(HFE)分子的溶解行为和电导率。该规则在化学期刊《Angewandte Chemie》上发表的一篇论文中进行了阐述。研究小组表示,发现多硫化物的穿梭效应将提供宝贵的见解,并将指导未来的研究人员寻找最合适的氢氟醚(HFE)材料作为特定电池系统中的电解质助溶剂。该小组发现,在研究不同电解质的性能时,在消除多硫化物穿梭方面表现最佳的电解质化学在电导率方面也最弱。Cheung Su说,“这表明锂硫电池的开发并没有捷径,我们仍然需要继续寻求各种方法来改善锂硫电池的性能。”

作者: 刘伯洵 详情
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科学家研发新型柔性锂离子电池 可被切割但不会起火

现在,大多数锂离子电池都由易燃的液体电解质制成,非常不安全;不过,美国科学家研发出一种新型WiBS电解质,能够制成不会着火的电池。据报道,美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)的一组研究人员设计了一种柔性锂离子电池,即使在被切割、被浸没、被模拟弹道撞击等极端条件下,该电池都可正常工作,而且现在,该电池还不会着火。目前的锂离子电池都由易燃和可燃材料制成,很容易发生灾难性的火灾和bao炸事件,其中大多数是没有任何可辨别的警告就突然发生了。由于具备危险性,三星Galaxy Note7手机就被禁止在飞机上使用,海军也禁止在船上和潜艇上使用电子烟,以减轻此类易燃设备的危险性。而随着此类电池已经逐渐成为便携式电子设备、电动汽车和电网存储等应用的首选储能工具,因而能够提升其安全性将标志着锂离子电池生产和使用方式的重大转变。最近,在《化学通讯》杂志上,由APL研究和探索开发部的Konstantinos Gerasopoulos领导的研究小组公布了发现:一种新型water-in-salt(WiS)和water-in-bisalt(WiBS)电解质,当与聚合物基质合并,可以减少水的活动,提高电池的能量,延长其生命周期,同时消除目前锂离子电池中易燃、有毒、高活性的溶剂。研究人员表示,该种电解质是一种安全、强大的替代品。APL高级研究科学家兼首席研究员Gerasopoulos表示:“从手机到汽车,锂离子电池已经成为日常生活中的常见品,继续提高其安全性对进一步促进储能技术的发展至关重要。自20世纪90年代初期,锂离子电池实现商业化以来,其形状因数都没有发生太大的变化,我们还是采用相同的圆柱形或菱形电池芯,其中的液体电解质和所需的密封包装与此种形状有莫大的关系。”“我们研究小组致力于采用一种安全性和形状因数都得到改进的聚合物替代易燃的液体电解质,而且最近的论文表示,基于水的柔性聚合物锂离子电池可以在露天环境下制造和操作,而且其可用性和性能都得到了改善。”在新研究中,团队克服了液态WiBS电解质的限制。由于存在水,液态WiBS电解质本质上是安全的,但是其能量有限,与大多数商用阳极材料无法兼容。研究人员研发了“稳定的、基于WiBS的水性凝胶聚合物电解质(GPEs)。在WiBS存在的情况下,研究人员通过UV介导,聚合水溶性丙xi酸酯从而制成此种电解质。”科学家们证明,UV固化工艺以及在聚合物中集成WiBS可改善游离水的滞留性,而滞留性将由该聚合物负责协调,从而可以提升其电化学稳定性。研究人员表示:“我们首次证明,目前市场上广泛使用的低成本阳极纳米级钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)可用于水性聚合物锂离子电池,而且能够可靠地循环100多次。”2017年,研究人员曾研发出具突破性的柔性电池,此次研发的新型聚合物电解质进一步提升了此种电池的损伤容限。Gerasopoulos表示:“第一代柔性电池在尺寸上不如我们现在制造的电池那样稳定。我们研发的UV固化聚合物是一种独立、机械强度高的薄膜,类似于隐形眼镜。此类电池就算完全暴露在空气中,都可以连续工作几天。而且可以烧、切割它们,或者以其他方式对它们施加压力,它们也仍然可以工作。”“我们成功提高了GPE的机械强度和电化学稳定性,能够将此种新型过饱和水凝胶聚合物电解质(GPE)从概念验证过渡至实际应用。”APL材料科学项目区域主管Jeff Maranchi表示:“我们的团队在不断提高柔性锂离子电池的安全性和性能,而且我们希望在一年内能够将该新研究转变成原型。”来源: 上海有色金属网

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新型阴极制备法让锂硫电池商业化有希望

据外媒报道,新加坡科技研究局(A*STAR)纳米生物实验室(NBL)的科学家研发出一种新颖的方法来制备下一代锂硫电池阴极,而且该方法简化了锂硫电池阴极耗时且复杂的生产过程。该研究表明锂硫电池商业化有了希望,而且解决了行业内的一个挑战,即需要一种实用方法以大规模生产能够提升电池性能的材料。尽管人们普遍认为锂离子电池是一种先进的技术,可以有效地为现代通信设备提供动力,但是由于其内在电化学属性不稳定,存在存储容量有限以及安全性不足等缺点。不过,NBL研究团队研发了一种新型简化技术,能够从廉价的商用材料中研发出锂硫电池阴极,从而改变现状。在理论上,硫的能量密度高、成本低且储量丰富,有助于锂硫电池系统得到普及,进而替代锂离子电池。理论上说,锂硫电池可存储比锂离子电池多10倍的能量,但是目前为止,此种电池无法重复充放电。NBL研发的锂硫电池阴极却显示了良好的比容量,高达1220 mAh/g,意味着每1g的阴极材料就可存储1220 mAh的电荷。相比之下,典型锂离子电池阴极的比容量为140 mAh/g。此外,NBL的锂硫电池阴极在200次以上的充电循环后,仍保持很高的容量,性能的损失降至最小。能够达到此种性能的关键在于NBL采用了独特的阴极制备两步法。研究人员在添加硫之前,先构建了碳支架,得到一种3D互联多孔纳米材料。与传统制备阴极的方法不同,该方法可以在电池充电时,防止碳支架坍塌。在电池充放电初期,传统法制备的阴极碳支架会坍塌,从而导致整个电池结构的变化。最终,传统阴极的密度变得更高、表面积更小、孔隙也更小,进而导致电池的性能低于NBL的电池。事实上, NBL阴极的比容量比传统法制备而成的硫阴极高出48%,容量消褪率降低了26%。如果该阴极中添加了更多的硫,NBL阴极的实用表面积容量高达4 mAh / 平方厘米。NBL的研究人员不仅在设计和优化阴极,还在利用纳米材料工艺对阳极、电池隔膜和电解质进行设计和优化。研究人员的目标是研发出一套完整的锂硫电池系统,与传统锂离子电池相比,该系统将具备更强的储能能力,而且比现有的电池寿命更长,能够给电子设备、电动汽车和电网储能等带来很大的益处。(文中图片均来自新加坡科技研究局)

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瞄准钴锂 13家外企锂电池回收布局启示

无论是未来市场经济价值推动还是相关政策扶持,废旧动力电池回收利用的布局热潮已经来临。“2019年动力电池回收利用行业即将迎来集中带量报废期”、“ 到2020年我国车用动力电池报废量将达32GW”、“2023年仅废旧动力锂电池回收的市场规模就将超300亿元”……近年来,动力电池回收利用市场呼声高涨,关于行业前景的乐观预判层出不穷。在国内,工信部等相关部门发布了多个关于推动新能源汽车动力蓄电池回收利用,引导和规范动力蓄电池回收服务网点建设运营的政策,给企业布局提供了指导意见和发展方向。在此情形之下,各大省份相继组建了动力电池回收产业联盟,包括主机厂、电池厂、材料厂、第三方回收机构、中国铁塔等产业链企业都积极参与,签署相关协议共同推进国内废旧电池回收利用产业发展。值得注意的是,尽管国内电池回收利用产业已经有来自政策和市场层面的双重力量助推,但整体而言依然发展缓慢,行业实际发展情况却与预期差距甚远。业内人士指出,目前回收行业掣肘较多,仍面临着回收网络有待健全、梯次利用等关键共性技术有待突破、商业模式需要创新等诸多问题,产业整体还处于初级发展阶段。同时,目前动力电池回收市场乱象丛生,小黑作坊活跃,应鼓励规范性企业进入,但目前来看,行业“门槛”似乎过高。事实上,锂电池回收利用涉及多个环节,对回收企业在回收资质、回收技术和回收渠道等方面提出了很高的要求。一些发展模式粗放、技术工艺落后、环保意识薄弱的回收“小作坊”会对锂电池回收产业产生诸多不利影响。而在国外,一批国际领先的主机厂、电池厂、材料企业和专业回收机构也在积极布局锂电池回收,并且制定了详细的回收计划和开发了先进的回收技术,这给国内企业提供了借鉴参考。目前,动力电池的回收主要分为梯次利用和拆解回收两个循环过程,且动力电池的回收循环将从梯次利用开始。而以大众、特斯拉、丰田、本田、巴斯夫、优美科、SKI等国际企业,在锂电池回收方面则先从拆解回收钴镍锂金属开始,以盈利为主要目的,并将此作为其锂电池材料供应来源之一。为此,上述企业都在积极开发锂电池材料回收技术和建设回收工厂,下面就来看看国外企业是如何布局锂电池回收,且看下文:1、丰田设海外动力电池回收工厂外媒报道,丰田汽车目前在泰国北柳省开设了一家电池生命周期管理工厂,用于管理在泰国销售的混合动力车载电池,这也是丰田旗下首个海外电池回收工厂。2、大众电池原材料回收率目标97%大众汽车公布了其EV电池回收计划,包括便携式充电器和原材料回收。大众汽车相信10年内,电池组中97%的锂、钴、锰和镍等原材料可以得到回收!3、特斯拉公布动力电池回收思路特斯拉发布了一份新的“影响报告”,阐述了其对动力电池回收的想法:针对已耗尽寿命的汽车电池组,公司更偏向于回收利用其中有价值的电池材料用于生产新电池。4、本田计划2025年回收废旧锂电池生产镍钴合金外媒报道,日本汽车制造商本田汽车公司的一名高管表示,该公司计划到2025年,使用废旧锂离子电池作为原料,开始生产镍钴合金。5、宝马联手优美科/ Northvolt回收锂电池材料外媒报道称,德国汽车制造商宝马与比利时材料回收公司优美科以及瑞典电池公司Northvolt共同创建了汽车电池回收企业;其中,宝马将提供其在电池研发方面的专业知识,优美科将负责活性负极和正极材料的开发和回收。6、奥迪携手优美科开发电池回收系统奥迪官网报道,奥迪已经与德国优美科公司完成了电池回收战略研究合作的第一阶段。双方正合作研发可以反复使用高压电池组件的闭环,特别是电池原材料中比较有价值的材料。目前,奥迪和优美科正在研发具体的回收概念,重点在于闭环回收法。7、巴斯夫布局欧洲动力电池回收外媒报道称,巴斯夫宣布公司计划与法国公司埃赫曼(Eramet)和苏伊士(Suez)合作开展电动车废旧电池回收业务,投入 “ReLieVe”电动汽车锂离子电池回收项目。该项目旨在开发一种创新的闭环工艺,从电动汽车中回收锂离子电池,并利用回收的电池材料在欧洲生产新的锂离子电池。8、住友金属布局锂电池材料回收外媒消息,日本住友金属矿业有限公司(SMM)表示,公司已经开发出一种回收和再循环利用废旧锂离子电池中分解出的钴铜镍等材料的工艺。9、优美科联手Formula E回收电动赛车电池外媒报道,比利时材料商优美科将与Formula E合作实施动力电池回收计划,Formula E电动赛车系列前两季电动车的电池目前已交由优美科回收处理。10、SKI从废旧电池中回收超80%氢氧化锂外媒报道,SKI正在开发从电动汽车废电池正极中回收氢氧化锂的技术,计划在年底前完成技术开发,并在明年实现商业化。SKI表示凭借这项技术,超过80%的锂离子电池材料可以被回收利用,从而能够回收高质量的镍和钴等关键正极金属。11、EarthTech公司建立首座电动车电池回收工厂外媒报道称,韩国泰科国际子公司Earth Tech公司计划在全罗南道的灵光郡建立旗下首座电动车电池回收工厂。该项目将投资240亿韩元(约合1.39亿元人民币),可回收锂、镍、钴等电池用金属成分。12、芬兰Fortum开发湿法冶金回收工艺外媒报道,芬兰能源供应商Fortum正在进入锂电池回收市场,利用芬兰Crisolteq开发的工艺,Fortum声称它现在可以在工业规模上回收每种电池中80%以上的材料。13、美国锰公司与美国能源部合作开展锂电池材料回收外媒报道,美国锰公司American Manganese Inc.(证券代码“AMY”)宣布,将与美国能源部(DOE)合作开展电动汽车锂离子电池材料回收项目。该项目正式名为“锂离子电池拆卸,再制造和锂和钴回收项目”,旨在为电动和混合动力电动汽车及电动自行车和电动工具等使用终端的锂电池材料制定发展战略。

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到2030年全球锂离子电池回收规模达120万吨

总部位于伦敦的存储回收研究组织Circular Energy Storage发布的数据显示,在短短十年的时间内,将有120万吨锂离子电池达到使用寿命期限。Circular Energy Storage公司估计,到2030年,回收设施可以回收125,000吨锂,35,000吨钴和86,000吨镍。根据这些材料的当前价格,这将增加一个60亿美元的市场。研究人员称,最重要的是,可以回收40万吨至100万吨的生产废料。锂离子存储在便携式电子产品,运输和能源应用中的大量使用继续为最终的此类产品的回收行业积累规模。在2018年至2030年之间,此类电池的市场规模可能会扩大十倍。中国是世界上最大的电池制造商,是其自身的最佳客户,因为到2030年,中国将产生57%的电池废料。商界对此并不陌生,全球50名锂离子电池回收专家中有30名总部设在中国。此外,到2030年,电池的再利用市场将达到1 TWh,其使用寿命将使电池无法用于其原始用途,但仍可用于提供备用电网电力,文具储能和电动汽车充电。“1 TWh听起来像是巨大的容量,远远超出了例如储能系统的预期装机容量,”来自Circular Energy Storage公司的Hans Eric Melin博士说,“但再次强调一下,到2030年,此类二次电池应用的净市场价值估计为450亿美元,该数字是基于45美元/千瓦时的假设得出的,其中一半的价值将在2027-30年间产生。”轻型电动汽车占目前生产的锂离子电池的大部分,但不久的将来正是重型电动汽车(如卡车和公共汽车)中使用的电池将主导进入回收市场的此类材料的数量。在这种频繁使用的车辆中,电池会遭受更多的磨损,并且只能在达到使用寿命后才能回收利用。但是,轻型电动汽车中使用的电池可能具有第二次使用期限,从而延迟了其进入回收的时间。基于电池的能量存储的兴起引起了人们对锂开采对环境和社会影响的新关注,特别是考虑到从使用过的设备中回收电池级锂的技术挑战。但是,最近的工艺发展表明,该材料可以回收到足够高的标准,在电池中重复使用。

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拐点上的磷酸铁锂

磷酸铁锂这一年,是阵痛与机遇交杂的一年,也是身处拐点,蓄势待发的一年。高工锂电复盘磷酸铁锂今年以来的发展情况,磷酸铁锂像一个即将出征的战士,秣马厉兵,枕戈待旦。磷酸铁锂“乍暖还寒”从去年第四季度以来,磷酸铁锂市场回暖的呼声就持续高涨,但是纵观今年发展,磷酸铁锂市场仍旧“乍暖还寒”。消息面上,随着补贴政策偏离高能量密度轨道,2019年1-9批推荐目录中,磷酸铁锂配套车型数量占比不断攀升,其中第7批配套占比最高达71.71%。同时,部分热销车型开始转向磷酸铁锂;船舶、基站、48V、自行车等细分市场需求开始起量,也在给予磷酸铁锂更大市场想象空间。现实是,根据高工产研锂电研究所(GGII)数据显示,1-9月新能源汽车动力电池装机量42.31GWh,同比增长47%。其中,磷酸铁锂动力电池装机量11.84GWh,同比增长9%,占总装机量的27.98%,较去年同期占比下降9.88%。反观三元动力电池,装机量达27.61GWh,同比增长67%,占总装机量65.25%,较去年同期占比上升7.80%。这意味着,磷酸铁锂在动力领域的增长依然不足,主要原因是在乘用车市场的应用占比依然较小。具体来看,一方面公告配套车型以商用车为主,上公告目录距离车型上市仍有一段时间差;另一方面,部分热销车型开始转向磷酸铁锂,但是相关车型仍然保持三元、磷酸铁锂双技术路线,加上今年新能源汽车市场整体增长疲软,因此磷酸铁锂在乘用车市场的表现仍旧差强人意。GGII数据显示,1-9月新能源乘用车动力电池装机量达30.6GWh,占比总装机量72.3%。其中,磷酸铁锂电池装机量仅1.32GWh,占比乘用车装机量4.32%,同比下降27.74%。三元电池装机量27.13GWh,占比乘用车装机量88.65%,同比增长79.82%。第四季度新能源汽车市场由于缺乏销量刺激点,整体新能源市场应该不会出现大规模“翘尾效应”,因此磷酸铁锂电池在动力电池领域的市场反弹仍不会太大。此外,船舶、基站、48V、自行车等细分市场规模庞大,但是目前仍在初级发展阶段或者处于存量市场替换/渗透前期,磷酸铁锂需求仍未大规模上量。然而,不可否认的是,基于补贴退坡的时间节点,动力电池/材料头部企业的频频动作,以及细分市场的增量规模来看,磷酸铁锂已经站在变局的拐点上。巨头企业因时而动巨头的动向一贯是整个产业的风向标,尤其是在市场高度集中的动力电池领域。卡位补贴退坡的时间节点,围绕于成本、技术、产能、市场的部署,电池/材料巨头企业在磷酸铁锂领域的布局已经先行一步。技术方面,包括宁德时代、比亚迪、国轩高科等头部电池企业,今年在磷酸铁锂电池技术方面均有质的突破。宁德时代最新公布的磷酸铁锂高能型和功率型电芯,热失控温度高达800℃,实现15分钟可补电至80%,采用轻量化设计电池包能量密度可达155Wh/kg。同时,宁德时代推出的全新CTP高集成动力电池开发平台也是率先在磷酸铁锂电池上应用。较传统电池包,CTP电池包体积利用率提高15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升50%,电池包能量密度提升10%-15%,大幅降低动力电池的制造成本。比亚迪也在积极部署磷酸铁锂电池的技术创新,并计划于明年5-6月推出全新一代磷酸铁锂电池,体积比能量增加50%,寿命长达8年120万公里,成本下降30%。搭载新电池,新车续航可达500-600km。国轩高科也完成了单体能量密度190Wh/kg磷酸铁锂产品的升级,配套的乘用车系统能量密度达140Wh/kg,续航里程达400Km以上。产能方面,作为磷酸铁锂材料龙头企业,德方纳米于4月在创业板上市后,拟募资4.47亿元主要用于年产1.5万吨纳米磷酸铁锂项目扩产,预计2021年达产。5月11日,德方纳米与宁德时代签署《合资经营协议》。合资公司项目首期规划年产磷酸铁锂1万吨,首期建设完成后,双方将进一步协商新增产能。针对密集的扩产部署,德方纳米董秘表示,基于对未来市场对磷酸铁锂的需求预判以及产能优势竞争力的考虑,公司认为必须坚决快速推进产能。市场优势具象化今年以来动力电池巨头着重瞄准磷酸铁锂技术路线,归根结底还是基于磷酸铁锂的成本优势,以及其针对特定领域需求的应用匹配。成本方面,今年磷酸铁锂的价格维持在低位,且呈持续下降态势。高工锂电跟踪数据显示,今年以来,动力型磷酸铁锂最低报价从5万元/吨一度跌破至4.6万元/吨。究其原因,一方面,随着材料企业在工艺成熟度的提升与创新,今年以来,部分磷酸铁锂材料企业通过采用工业级碳酸锂替代电池级碳酸锂,致使材料成本不断降低。另一方面,上游产能集中释放撞上下游市场需求疲软,原材料碳酸锂价格持续阴跌。截止目前,电池级碳酸锂均价在5.8万元/吨,工业级碳酸锂均价在4.8万元/吨,由此磷酸铁锂的价格也在一路下行。在此基础上,上述动力电池企业对于磷酸铁锂电池的技术创新,也让磷酸铁锂电池的市场优势更为具象化。业内的一致共识是,磷酸铁锂仍然难以撼动三元在乘用车中高端市场的主流地位,但是在微型乘用车、商用车以及细分领域的船舶、基站、48V、自行车等市场,将有磷酸铁锂重要的一席之地。如车载动力领域,在微型乘用车以及专用车市场,在新能源汽车补贴大幅下降的情况下,部分整车厂加速转换磷酸铁锂路线。按NCM 1.1元/Wh和LFP0.9元/Wh的价格计算,若单车带电30-40度,LFP替换NCM的单车成本可下降6000-8000元左右。在固有优势的卡客车市场,宁德时代凭借优异的磷酸铁锂电池产品,拿下了戴姆勒卡客车公司及大众(拉美)卡客车公司的长期订单。这意味着磷酸铁锂电池将在全球卡客车市场一展拳脚。同时,船舶领域指定采用磷酸铁锂电池,通讯后备电源市场对于锂电池的需求,48V电池市场的新兴崛起,自行车电池存量市场的替代,一旦规模化起量,将给磷酸铁锂打开更广阔的发展空间。

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铅蓄电池提供了全球75%的储能 未来将扮演何种角色?

由于预计今年的全球储能装机容量将增加一倍,2020年将增加两倍,研究人员正在努力提高铅蓄电池的性能,以用于可再生能源集成和电动汽车。资助铅电池创新的全球研究组织电池创新联盟CBI,已经制定了一个增长路线图。CBI主任阿利斯泰尔•戴维森(Alistair Davi-dson)表示,先进的铅电池具有成本和可持续性方面的优势。它们通常比其他替代品便宜,而且回收率为99%。你也可以把旧电池卖到回收市场,而不是花钱去处理。CBI的技术经理Maththew Raiford说:“你可以在生命结束时把它们放回回收利用的循环中,这样就能赚钱。”虽然铅电池太重,不能作为电动汽车的主要电池,但12伏的铅电池通常被用作汽车的备用电池。他说,如果汽车里的锂离子电池或其他电池出现故障,铅蓄电池就能给司机提供足够的动力把车开到路边。在大多数电动汽车中都可以找到正因为如此,它们在大多数电动汽车中都能找到,而电动汽车的增长将推动铅电池市场的发展。此外,先进的铅电池需要更少的能量来生产,Raiford说。每生产一千瓦电池大约需要100到150千瓦时的能量。戴维森说,到2030年,公共事业层面的储能设施预计将增加10倍。铅蓄电池可用于输电和配电储备,在电网层面提供备用储能。戴维森说,家用电池是另一个不断增长的市场。雷福德说,CBI的目标是改善用于公用事业和可再生能源应用的电池的生命周期。生命周期代表了它们可以充放电的次数。根据路线图:CBI希望到2022年将电池的使用寿命提高5倍,达到5000次循环,降低运营成本,这是公用事业和可再生能源应用的一个关键参数。路线图还表明,全球各国政府正在制定雄心勃勃的脱碳和电气化目标,推动能源储存的需求。单靠一项技术无法满足如此巨大的增长。铅电池在微电网中的作用戴维森认为,全球对用于微电网的铅蓄电池的需求也在增长。密苏里科技大学的EcoVillage提供了在微电网中使用铅蓄电池的示例。校园内的住宅被用作研究可再生能源和储存的生活实验室。研究的重点是先进的铅电池在小型太阳能微电网中的性能,以及在社区层面共享能源。另一块铅蓄电池是费尔岛(Fair Isle)微电网的一部分。费尔岛是苏格兰的一个偏远岛屿,以前是由一台柴油发电机和一些风力发电机供电的,但晚上会停电。费尔岛现在有24/7的电力来自一个由50KW的光伏太阳能板和一个0.23MW的电池储能系统组成的微电网。戴维森说,在非洲和拉丁美洲的偏远地区,装有先进铅电池的微型电网通常可以取代柴油发电系统。“这大大降低了对石油的依赖,电池为从未见过它的地区提供了高度可持续的电气化。”他说。根据路线图的数据,铅蓄电池提供了全球75%的可充电储能。电池储能需求的增长刺激了一场创造创新电池的竞赛。CBI想要成为这场竞争中的一员。“电池储能需求的巨大增长推动了这场电池创新竞赛。随着各国纷纷减少对碳的依赖,电池储能将成为本世纪最具决定性的技术之一。原标题:CBI:随着储能的增长 铅电池将扮演何种角色?

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铅蓄电池回收:“良币驱逐劣币”

由于铅蓄电池本身循环利用率高,继而催生了灰色的非法回收地下产业链。鉴于当前非法电池回收处置环节污染形势严重,今年以来,国家相关部门接连出台政策,力图给予重拳打击。、我国是铅生产和消费大国,每年仅铅蓄电池的耗铅量就达到330万吨以上,约占我国铅生产总量的70%。铅蓄电池广泛应用于交通、通信、储能、物流等诸多行业,报废的铅蓄电池也成为涉铅企业铅原料的主要来源。由于铅蓄电池本身循环利用率高,继而催生了灰色的非法回收地下产业链。鉴于当前非法回收处置环节污染形势严重,今年以来,国家相关部门接连出台政策,力图给予重拳打击。继4月份国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会联合发布《废铅酸蓄电池回收技术规范》之后,国家发展改革委近日又组织起草了《铅蓄电池回收利用管理暂行办法(征求意见稿)》(以下简称《办法》),要求到2025年底,铅蓄电池规范回收率达到60%以上。在业内专家看来,这一废旧铅蓄电池回收再利用的“国字头”政策一旦正式实施,将有效规范废旧铅蓄电池回收和资源化利用行为,提高资源循环利用水平,并进一步控制铅蓄电池回收带来的环境污染。治理“灰产”已刻不容缓铅蓄电池的应用历史已有百余年,其性能的稳定性是很多电源产品无法比拟的。在我国,铅蓄电池占据很多应用市场的主导地位,但回收再生渠道凌乱、回收处理不规范等带来的环境污染,始终是制约我国铅蓄电池发展的桎梏之一。中国电池工业协会副理事长王敬忠告诉记者,报废的铅蓄电池里的含铅量可以达到60%,因此价值很高,单价甚至高于两三百元。巨大的利益也催生了庞大的灰色产业链。他坦言,我国每年约产生500万吨废铅蓄电池,这些电池通过正常渠道回收的仅占30%~40%,剩下的都被没有资质的无证企业收走。这些流进非法渠道的废铅蓄电池,在回收过程中产生的二次污染非常严重。王敬忠告诉记者,由于很多无资质的个体商户没有环保设施,采用的也是最基本的冶炼方法,这就会产生大量烟气,而烟气飘入空中遇冷,就会变成粉尘,从而造成严重的大气污染。除此之外,我国每年约有16万吨铅在非法冶炼过程中流失,并且非法个体回收每年拆解倒酸超过30万吨,废液废渣随意倒入阴沟、田地,也对环境和人体造成可见及潜在的危害。国家环境保护铅酸蓄电池生产和回收再生污染防治工程技术中心主任陈中华向记者指出,回收利用率低、回收企业集中度差、规模小、技术装备落后、铅回收率低、环保措施差,收集、运输、贮存管理体系不完备等,都是当前国内铅蓄电池回收环节存在的关键问题。实际上,废旧铅蓄电池中除了含有大量铅板,还有20%的硫酸以及15%的塑料和其他辅助材料。在王敬忠看来,如果报废的铅蓄电池都流入正规回收企业,以目前企业的回收技术水平和配备的全套现代化设备,完全可以做到对废铅蓄电池“吃干榨尽”,并且不产生二次污染。但是,由于非法回收渠道和网络的存在,环保投入较大的正规再生铅企业,往往在经济性方面低于非法企业或个体经营户。这也导致在铅再生领域“劣币驱逐良币”的现象屡见不鲜,整治非法回收渠道已刻不容缓。“以旧换新”将成突破口由于此前国家对违法违规企业监管乏力,使得一些企业和商贩在高额利益面前铤而走险,导致废铅蓄电池回收的“顽疾”久治不愈。而此次发布的《办法》对有关铅蓄电池回收的各个环节都作了硬性规定,这也将在一定程度上推动铅蓄电池回收体系规范运行。《办法》的亮点之一就是提出实行铅蓄电池回收目标责任制,制定发布铅蓄电池规范回收率目标。《办法》希望,到2025年底,铅蓄电池规范回收率达到60%以上,且这一目标还将根据行业发展情况适时调整。在王敬忠看来,目前,我国正规企业的处理能力已经远远大于能够回收的量,如果完全按照规定执行,完成60%的目标并不难,甚至还有可能达到80%~100%,目前最难的是如何才能真正阻止废铅蓄电池流入非法渠道。他认为,“以旧换新”“销一收一”是非常值得推广的方式。实际上,欧美等国家早已建立了较为规范的回收体系及政策。例如,美国执行押金制,使用者在购买铅蓄电池时需加收高额回收押金,迫使使用者将报废的铅酸蓄电池交到指定回收点回收,不然将不予退还押金;德国强制规定铅酸蓄电池生产厂商对废铅酸蓄电池在销售和收集过程实行“销一收一”的方式,不然将禁止其销售铅酸蓄电池。《办法》也提出,鼓励铅蓄电池生产企业、销售企业、规范回收企业、资源化利用企业和无害化处置企业加强合作,共建废旧铅蓄电池回收网络体系。鼓励生产企业采用“以旧换新”“销一收一”等商业策略提高逆向回收率。同时,也鼓励生产企业依托机动车维修网点及电池销售网络建立废旧铅蓄电池逆向回收网络体系。“如果我国铅蓄电池企业销售一个就必须要收回一个,以销售渠道建立回收网络,并从源头上进行监管,废铅蓄电池就不会流向非法渠道。”王敬忠说。广东绿循能源科技有限公司总经理郑秋华也表示,《办法》在一定程度上吸纳了国外的先进经验,这也缩小了国内外在规范回收和再生利用上的差距。作为超威集团副总裁,陈中华介绍,超威集团就依托新电池销售代理商建立了电池回收模式,通过“以旧换新”“销一收一”等模式开展回收工作,目前已经在北京、天津、山东、福建、广西等试点省份建立了517个暂存点、27个中转站,并根据不同地区的市场特色和政策特点,探索出适合当地发展的铅蓄电池回收模式。追踪溯源关注全生命周期值得关注的是,《办法》还提出实行铅蓄电池全生命周期统一编码制度,编码标准由国家市场监督管理总局、国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部组织制定。另外,还将实行铅蓄电池全生命周期关键节点电子台账制度,并建立铅蓄电池全生命周期管理信息系统,每季度前15日内将上季度台账信息上传铅蓄电池全生命周期管理信息系统。此外,《办法》还提出将委托第三方机构对铅蓄电池生产企业提交的年度目标完成情况报告进行核查,核查结果纳入企业信用系统;将铅蓄电池生产企业回收目标完成情况,以及落实生产者责任延伸制度情况纳入企业信用评价,对严重失信企业实施部委联合惩戒。王敬忠表示,中国电池工业协会正在进行追踪溯源的平台建设,“即铅蓄电池在出厂时就被打上二维码,通过识别二维码追踪它从出厂到回收的全过程,包括流向哪里、谁在使用、用完后又交给谁等等,全面掌握每块铅蓄电池的整个生命周期”。为加强对废铅蓄电池回收过程的监督,超威集团已经开发出电池全生命周期管理系统和电池链App,通过平台将收集到的废铅蓄电池信息、运输车辆信息、暂存点和中转站信息及跨区域转移信息集成,实现废铅蓄电池流转全过程可视化管理,有效防止废铅蓄电池转移至无资质单位处理处置,从而降低环境风险。此外,对于专业回收端的发展,郑秋华还提出了几点期望,一是要尽快解决电池收购环节的进项税问题,专业回收企业执行3%低税率政策;二是要畅通举报信息渠道,设立有奖举报基金,鼓励监督和举报;三是尽快下发《危险废物经营许可证管理办法》正式文件,早日让废铅蓄电池收集市场向有序、环保、良性发展方向迈进。原标题:铅蓄电池回收:“良币驱逐劣币”

作者: 李惠钰 详情
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铅酸蓄电池“生产者责任延伸制”如何见实效?

“谁的孩子,谁抱走”——在铅蓄电池后处理环节,回收利用、废物处置等工作皆由生产者承担。早在2016年12月,国务院办公厅就已下发《生产者责任延伸制度推行方案》,明确上述任务。今年初8部委联合印发的《废铅蓄电池污染防治行动方案》旨在联动铅蓄电池上下游企业,一同建立规范有序的废铅蓄电池收集处理体系。近日,国家发改委出台的《铅蓄电池回收利用管理暂行办法(征求意见稿)》(下称《管理办法》)再次强调回收目标责任制,要求铅蓄电池生产企业(含进口商),“通过自行回收、与社会回收利用企业合作等方式,承担完成回收目标的责任”。到2025年底,将规范回收率达到60%以上。国内铅酸电池领头企业,超威和天能都已建立比较完善的铅蓄电池的垃圾分类和回收体系,推动整合铅蓄闭环全产业链!与这些正规回收体系相悖的是,因非法处理渠道占比超7成以上,种种违规行为屡禁难止。“正规军”非但未能发挥应有作用,反遭“游军”排挤。随着政策进一步明晰,如何让“生产者责任延伸制”真正得以实施,成为关键问题。非法渠道强势挤压 生产企业普遍“难吃饱”生态环境部统计显示,我国已是世界最大的铅蓄电池生产、消费国。2017年,全国铅蓄电池产量已超过全球生产总量的40%,应用遍布电力、储能、电动车等多个领域。也正因此,《管理办法》所指的回收对象,包括作为启动电池、动力电池、工业电池等用途的各类铅蓄电池,目标更明、范围更广。生态环境部固体废物与化学品管理技术中心高级工程师何艺表示,废铅蓄电池含有74%的铅及其化合物,资源回收利用价值高。与原生铅相比,由此产生的再生铅,每吨可节约标煤65千克,节水235立方米,减少固体废物排放128吨。“采取生产者责任延伸制,既能保证全生命周期的环保,防止废电池落入非法企业,因违规处置造成污染。通过科学、经济的方法回收提取再生铅,反过来还可为生产环节提供原料,在一定程度上减少企业的成本。因此,生产企业普遍具备主动‘延伸’的积极性。”中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙称。然而,这项一举多得的制度,实际却让生产者们感觉“心有余、力不足”。记者了解到,主要原因是来自非法处理渠道的挤压——面对每年500多万吨报废量,由正规渠道回收、利用的比例仅在3成左右。换言之,多达70%的废弃铅蓄电池,长期握在非法商贩手上。由于非法回收、拆解多为地下交易,存在抬高回收价、偷税逃税等扰乱市场的行为,给有能力履行责任延伸制的生产企业造成严重影响。“目前,全国有资质、上规模、专业化的铅蓄电池回收处置企业不到30家。而且,正规企业难以收到足够的废弃电池,普遍面临收不到、吃不饱、甚至亏本收购等情况,开工率不足五成,经营压力大。”天能集团董事局主席张天任坦言。政策之外,另有一系列 操作层面的问题待关注为落实生产者责任延伸制,主管部门已不止一次出台相关规定。以今年为例,生态环境部、国家发改委等九部委在一月联合下发《废铅蓄电池污染防治行动方案》,提出铅蓄电池生产企业通过落实生产者责任延伸制度,到2020年将规范收集率提至40%。3月25日,《废铅酸蓄电池回收技术规范》紧密跟进出炉,明确收集、储存、运输、转移等环节的国家标准。《管理办法》再度强调生产企业责任,要求每年定期上交目标完成报告,未达标者接受相应处罚。方向清晰、政策有力,“正规军”为何屡遭无奈?除了非法处理渠道“劣币驱逐良币”,一些现实问题同样值得关注。“企业光有主动性不够,参与回收的前提是具备资质。”刘彦龙指出,由于废弃铅蓄电池已被列为危废,生产企业取得危废综合经营许可证,并在各地配备相应的规范化回收公司,才可开展业务。“办理资质耗时长、要求高,企业需花费不小投资。加上各地还有不同的细化要求,企业在一地办好资质,到另一地区要不要重新办理?这样的现实问题尚未明确。”若不办理多张许可证,选择将废弃电池运至一地集中处理,是否可行?张天任表示,废弃铅蓄电池的跨省转运也有难度。“即便各项审批顺利,从转出省到接收省也要3个月左右。而且,危废转移必须采用危化品物流专用车运输,价格是普通物流运输车的两倍以上,大大增加企业成本。”另有专家提出,尽管企业积极性高,但部分地区的现实条件尚未跟上。“比如,一些地方政府认为回收项目的就业少、税收低,不乐意接受回收企业入驻。还有地区政策要求贮存仓库进驻循环经济园、化工园区等,实际并未建设此类园区。由此,带来选址难、落地难等操作问题。”可考虑分类管理,形成 “生产-消费-回收-再生”闭环值得一提的是,《管理办法》虽尚处征求意见阶段,但对于部分操作层面的不足,目前已有初步考量。例如,针对不同类型网点,下一步或实行差别化环境管理,对不同类型存放场所的环境管理规范及相应的分级危险废物经营许可条件,由生态环境部会同相关部门制定发布。再如,对于防拆标识完整的未破损废旧铅蓄电池,未来在收集、暂存、贮存、运输等环节,可实行有条件豁免危险废物管理;无防拆标识、防拆标识不完整、已破损的废旧铅蓄电池,再按照危险废物进行管理。在此基础上,张天任提出,考虑简化跨省转运的流程审批。“与其他危废品不同,废弃铅蓄电池在没有破损的情况下,污染风险很小,回收、贮存、运输只要做到防雨、防渗等防护措施即可。在确保环境安全的前提下,可简化审批流程,实施‘一站式’审批,提高转运效率。”上述未具名的专家还建议,由于申请危废资质的投入大、审批难,不妨考虑将生产企业现有的店面、库房等作为收集暂存点,报环保主管部门备案审核后发放收集、贮存许可证,使规范化回收体系更容易落地。与此同时,应尽快构建“生产-消费-回收-再生”的闭环体系,打击非法渠道的力度不可松懈。“正规企业备受挤压,重要原因之一就是没有形成闭环体系。废弃电池由谁收集,回收之后谁来处理,处理之后流向哪里?任一环节落到没有资质的企业手上,都无法真正有效控制污染。”刘彦龙表示,确保每一个环节在合法企业之间流通,并在闭环中形成有力监控,生产者延伸责任制才有望落实到位。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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到2024年全球铅酸电池市场规模或达525亿美元

根据国际市场研究机构Markets and Markets最新发布的报告显示,到2024年全球铅酸电池市场规模将达到525亿美元,期间年复合增长率为4.7%。可再生能源并网发电需求增加、数据中心的扩建等正在促进铅酸电池市场的稳定增长。根据电池类型,在预测期内,阀控式铅酸电池(VRLA)预计将成为最大的细分市场。与常规铅酸电池相比,阀控式铅酸电池以较少的维护确保了电池的寿命。在未来的时代,由于它们的各种优点,这些电池可能优于传统的富液式铅酸电池。此外,先进的铅酸电池在阳极板上具有碳涂层,这消除了清洁电镀上的硫酸铅沉积的要求。同时,增强了阳极电极的寿命,最终增加了电池组的整体寿命。它提供诸如快速充电之类的好处。这是先进铅酸电池的显着优势,因为使用常规铅酸电池很难实现这一任务。尽管这些电池比锂离子更重且更大,但它们具有成本效益,可在低温和低温下有效运行,并且不需要主动冷却。从区域市场来看,亚太地区将在预测期内占据最大的市场份额。该地区大型汽车和制造基地的存在将成为市场增长的关键驱动因素。由于工业化和城市化的快速发展,该地区能源消耗的增加预计将推动市场在预测期内的增长。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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机房蓄电池到底该几年换?

一、数据中心UPS蓄电池的选择和设计必须充分考虑到现代数据中心的特点和发展趋势,并符合下述原则:1、短时间恒功率输出特性卓越卓越的短时间(通常≤30min)恒功率输出特性,意味着在满足相同负载后备时间要求下可减小电池的容量,从而降低蓄电池成本;或采用相同容量的电池配置,可增加UPS系统总后备时间。2、高能量密度选配合适的电池类型和容量、设计合理的组装结构,最优化的利用机房空间,提高蓄电池组的整体能量密度,有利于降低机房面积和成本。3、高稳定性蓄电池在有效寿命期间内,应有较低的故障率,尽量避免因个别蓄电池的故障或突然失效而造成的维修或更换,这对整个蓄电池系统的后期安全稳定具有重大意义。4、防火阻燃数据中心的UPS电池外壳塑料材质应满足V0级阻燃标准,电池端子、连接件及输出母线端子所有裸露金属部分应全部做绝缘保护处理,电池架需接地。5、一致性数据中心UPS电池组的各单体的容量、开路电压、浮充电压等指标的一致性应符合相关标准。6、抗震性数据中心UPS电池组架设计满足抗8级烈度要求,电池之间连接建议采用软连接。7、便于安装与扩容蓄电池的模块化结构设计及专用安装工具的提供,可降低整体安装成本。电池组摆放位置和电池组架的设计应预留后期扩容的位置需求。8、便于维护及更换电池组摆放及维护通道的距离,应满足日常维护及电池更换的要求。9、长使用寿命数据中心UPS电池应有合理的使用寿命要求,过短的使用寿命将增加UPS系统的不稳定性及成本。作为后备用途的VRLA电池按单体电压等级分为2V、6V、12V等系列。按固定电解液的方式可分为AGM(超细玻璃纤维)电池和GEL(胶体)池,其对比别见表1和表2二、蓄电池的维护保养要点1、蓄电池组维护通道内应布置绝缘垫。2、不同厂家、不同容量、不同型号的蓄电池严禁在同一系统中使用。3、阀控密封铅酸蓄电池在使用前不需进行初充电,但应进行补充充电。补充充电电压应按产品技术说明书规定进行。4、阀控密封铅酸蓄电池的均衡充电:一般情况下,阀控密封铅酸蓄电池组遇有下列情况之一时,应进行均充(有特殊技术要求的,以其产品技术说明书为),充电电流不得大于0.2C10。①浮充电压有两只以上低于2.18V/只。  ②搁置不用时间超过3个月。  ③全浮充运行达6个月。  ④放电深度超过额定容量的20%。  ⑤对于高压直流,均充时要考虑服务器输入过压保护问题(282V)。5、蓄电池的充电量一般不小于放出电量的1.2倍,当充电电流保持连续3个小时不再下降时,视为充电终止。6、蓄电池的浮充电压按照产品技术说明书要求设定,并注意温度补偿。一般情况下,浮充电压为2.23~2.25V(25C,2V单体),在某个实际温度时的浮充电压U=U0(25℃)+(25-t)×0.003(t=环境温度)。7、浮充时全组各电池端电压的最大差值宜不大于90mV(2V)、240mV(6V)、480mV(12V),内阻偏差宜不超过15%。8、应定期进行电池容量测试及放电测试。  ①每年应做一次核对性放电试验,放出额定容量的30%~40%。  ②建议每3年做一次容量试验。  ③蓄电池放电期间,应按一定时间间隔记录单体电压、放电电流。三、维护周期表:如下表所示,为蓄电池组维护周期表看了以上的资料,总结如下:1、目前没有明确规定机房中的蓄电池应多久更换一次;2、企业可根据自身需求选择最佳更换时间;3、更换时间与蓄电池的材质,质保期,充放电次数、内阻变化、蓄电池室的温度、湿度和洁净度等环境有密切关系应综合考虑。更换UPS蓄电池,看似简单,其实对于一个运营机房来说没有那么容易,因为牵涉到机房的安全运行问题,从沟通确定方案到领取材料组织施工,有很多工作要做,每个施工环节不能有差错。下面就以最近施工的一个工程案例讲述下更换UPS蓄电池的准备及安装过程。4、前提条件①经过上级领导审批同意②制定相应的应急方案并经上级领导审批同意③通报可能受影响的客户④通报总控中心⑤储备蓄电池经检查符合更换条件⑥落实新、旧电池标签管理安全措施:1、施工人员落实岗前安全教育培训2、穿戴合格的个人安全防护用品3、制定专门的安全负责人4、准备相应测量仪表、操作工具,在仪表工具检验合格有效期内准备工作:1、组织确定安装人员。2、从仓库领取该批蓄电池和少量备用线缆,运到机房拆掉电池包装放置。3、核对电池参数,检查外观无损伤,蓄电池接线端子无氧化现象。4、把蓄电池编号,按顺序贴上机打标签。5、用内阻仪测量内阻和电池电压,按标签编号记录每只蓄电池测量数据。6、如规定换电池时切换到发电机供电,需联系好发电机,以防止市电意外停电导致业务中断。安装过程:1、施工人员带上安装测试工具(套筒一套、活动扳手、螺丝刀、液压钳、万用表等),到达机房施工现场。2、检查确认套筒手柄、扳手柄绝缘良好。3、把发电机输出线插到备用电的工业连接器上,启动发电机,先让发电机运行。4、打开电池柜拍照备用,找到连接UPS主机的输出线并确认好正负极。5、确认发电机运行其稳定,在配电柜内转换开关输入端测得电压正常后,倒换开关到发电机侧,观察并确定ups主机运行正常,断开电池柜电池空开。6、拆旧电池,电池架上电池从上到下一节节拆下,拆下一个螺丝就把连接线接头缠上电工胶带,做好绝缘(这步工作非常重要,不要偷懒),防止正负极碰到短路,而发生危险。7、电池全部拆下,放置好,开始安装新电池。8、按电池编号从1#开始,从电池架最下一层开始安装,位置方向和原来一样,接头螺丝必须拧紧,连接线整齐,弯度一致,电池之间要留有适当空隙,连接过程严防短路。9、电池装完后,确认正负极正确,测量总电压,确认电池安装连接无误。10、根据蓄电池参数,计算充电电压,测得UPS输出充电电压,符合本批电池的充电要求,合上电池柜上空开,查看主机充电菜单,电池已在充电状态。11、装好电池柜,把UPS主机输入切回市电,确认UPS主机输入输出电压正常。停掉发电机,拆掉连接线,收拾好工具,把旧电池装车准备运回,现场清理干净。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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U.S. Battery公司推出适用于储能系统的深循环蓄电池

Fred Wehmeyer是美国U.S. Battery制造公司工程高级副总裁。作为一名经验丰富的电池专家,他在蓄电池的设计、制造、质量保证、测试方面拥有40多年的丰富经验,其中包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池。Fred曾担任EnerSys公司质量保证副总裁以及C&D公司产品和过程工程总监,他拥有电化学理学学士学位以及工程管理和六西格玛/精益工程的研究生学位。行业媒体为此对Fred Wehmeyer进行了采访,就蓄电池技术与市场的发展进行了探讨。U.S. Battery公司提供哪些与众不同的电池产品?Fred:U.S. Battery公司提供的深循环电池的优势是生命周期更长,初始容量更高,循环充放电速度更快。您认为目前储能行业有哪些发展趋势?如今的电网变得越来越不可靠。电池储能系统可以在电力中断和电压不足时提供电力和备用电源。此外,太阳能发电设施通过与电池储能系统配套部署可以提高能源安全性,即使在夜间或阴天也是如此。住宅用户部署储能系统有哪些好处?大规模储能系统的部署可能需要几年的时间,并且可能有一些电力损耗。因此,在靠近用户的场合部署储能系统的效率要高得多,例如住宅、社区、中小城镇。对于用于储能应用的深循环电池,使用AGM电池与阀控铅酸蓄电池有何不同?AGM (可吸收式玻璃纤维)电池的优点是不需要定期维护,但其成本更高,并且使用寿命可能没有维护良好的阀控铅酸深循环电池一样长,也更容易得到滥用,如过度充电和充电不足。住宅用户和安装人员如何正确调整电池组的大小?我们的网站提供一个可以计算电池组容量的计算器,可以帮助估算电池容量和充电要求的总负载和运行时间。在为家庭或企业储能安装电池组后,需要解决的日常维护程序是什么?阀控铅酸深循环电池应定期充电,每月清洁和拧紧电池端子。U.S. Battery公司网站列出了电池组的维护程序。请介绍一下铅酸电池应用在家庭储能系统的情况?铅酸蓄电池与锂离子电池相比,成本要低得多,使用起来比更安全。尽管锂离子电池具有更高的能量密度,这对于电动汽车应用是至关重要的,但住宅用户的储能系统不需要这么高的能量密度,因为它们用于固定应用。铅酸蓄电池也更耐用,并且可以在更宽的温度范围内工作,而无需成本昂贵的电池管理系统(BMS)进行管理。

作者: 刘伯洵 详情
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美国阿贡国家实验室开发新型电解质材料提高锂硫电池性能

据外媒报道,美国阿贡国家实验室的科学家开发和研究了一种电解质材料,据称可以显著提高锂硫电池的性能。这个研究小组制定了一个选择规则,可以帮助研究人员为不同的电池系统选择最合适的电解质材料。锂硫电池是许多储能电池中的一种,通常被认为比如今的锂离子电池具有更高的储能容量,同时可以采用更便宜、更丰富的电解质材料。但是,据阿贡国家实验室称,锂硫电池的性能受到一个称为“多硫化物穿梭”的不良效应的损害,该反应在充电过程中会将没有完全氧化的锂硫化合物溶解到电解液中,然后锂硫化合物在阳极上还原,在阴极上氧化,将会浪费电能。阿贡国家实验室研究小组的一名化学家Chi Cheung Su说,“多硫化物穿梭效应除了加热电池之外,并没有什么效果,这就像从纽约飞往洛杉矶的航班只能在芝加哥和丹佛之间来回奔波一样。”发生这种反应是因为多硫化物易于溶解在含有二氧戊环和二甲氧基乙烷的普通电解质中,但是由于存在氢氟醚(HFE)这种新的电解质,其中多硫化物不易溶解。Cheung Su说:“我们需要同时解决低溶解度和高电导率这两个问题,在这两个问题解决之后,可以使这种电池实现商业应用。”开发没有捷径这个研究小组继续评估各种氢氟醚(HFE)材料和包含它们的电解质的性能,建立有机结构与材料的电化学性能之间的关系,并开发出通用规则来预测不同氢氟醚(HFE)分子的溶解行为和电导率。该规则在化学期刊《Angewandte Chemie》上发表的一篇论文中进行了阐述。研究小组表示,发现多硫化物的穿梭效应将提供宝贵的见解,并将指导未来的研究人员寻找最合适的氢氟醚(HFE)材料作为特定电池系统中的电解质助溶剂。该小组发现,在研究不同电解质的性能时,在消除多硫化物穿梭方面表现最佳的电解质化学在电导率方面也最弱。Cheung Su说,“这表明锂硫电池的开发并没有捷径,我们仍然需要继续寻求各种方法来改善锂硫电池的性能。”

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科学家研发新型柔性锂离子电池 可被切割但不会起火

现在,大多数锂离子电池都由易燃的液体电解质制成,非常不安全;不过,美国科学家研发出一种新型WiBS电解质,能够制成不会着火的电池。据报道,美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)的一组研究人员设计了一种柔性锂离子电池,即使在被切割、被浸没、被模拟弹道撞击等极端条件下,该电池都可正常工作,而且现在,该电池还不会着火。目前的锂离子电池都由易燃和可燃材料制成,很容易发生灾难性的火灾和bao炸事件,其中大多数是没有任何可辨别的警告就突然发生了。由于具备危险性,三星Galaxy Note7手机就被禁止在飞机上使用,海军也禁止在船上和潜艇上使用电子烟,以减轻此类易燃设备的危险性。而随着此类电池已经逐渐成为便携式电子设备、电动汽车和电网存储等应用的首选储能工具,因而能够提升其安全性将标志着锂离子电池生产和使用方式的重大转变。最近,在《化学通讯》杂志上,由APL研究和探索开发部的Konstantinos Gerasopoulos领导的研究小组公布了发现:一种新型water-in-salt(WiS)和water-in-bisalt(WiBS)电解质,当与聚合物基质合并,可以减少水的活动,提高电池的能量,延长其生命周期,同时消除目前锂离子电池中易燃、有毒、高活性的溶剂。研究人员表示,该种电解质是一种安全、强大的替代品。APL高级研究科学家兼首席研究员Gerasopoulos表示:“从手机到汽车,锂离子电池已经成为日常生活中的常见品,继续提高其安全性对进一步促进储能技术的发展至关重要。自20世纪90年代初期,锂离子电池实现商业化以来,其形状因数都没有发生太大的变化,我们还是采用相同的圆柱形或菱形电池芯,其中的液体电解质和所需的密封包装与此种形状有莫大的关系。”“我们研究小组致力于采用一种安全性和形状因数都得到改进的聚合物替代易燃的液体电解质,而且最近的论文表示,基于水的柔性聚合物锂离子电池可以在露天环境下制造和操作,而且其可用性和性能都得到了改善。”在新研究中,团队克服了液态WiBS电解质的限制。由于存在水,液态WiBS电解质本质上是安全的,但是其能量有限,与大多数商用阳极材料无法兼容。研究人员研发了“稳定的、基于WiBS的水性凝胶聚合物电解质(GPEs)。在WiBS存在的情况下,研究人员通过UV介导,聚合水溶性丙xi酸酯从而制成此种电解质。”科学家们证明,UV固化工艺以及在聚合物中集成WiBS可改善游离水的滞留性,而滞留性将由该聚合物负责协调,从而可以提升其电化学稳定性。研究人员表示:“我们首次证明,目前市场上广泛使用的低成本阳极纳米级钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)可用于水性聚合物锂离子电池,而且能够可靠地循环100多次。”2017年,研究人员曾研发出具突破性的柔性电池,此次研发的新型聚合物电解质进一步提升了此种电池的损伤容限。Gerasopoulos表示:“第一代柔性电池在尺寸上不如我们现在制造的电池那样稳定。我们研发的UV固化聚合物是一种独立、机械强度高的薄膜,类似于隐形眼镜。此类电池就算完全暴露在空气中,都可以连续工作几天。而且可以烧、切割它们,或者以其他方式对它们施加压力,它们也仍然可以工作。”“我们成功提高了GPE的机械强度和电化学稳定性,能够将此种新型过饱和水凝胶聚合物电解质(GPE)从概念验证过渡至实际应用。”APL材料科学项目区域主管Jeff Maranchi表示:“我们的团队在不断提高柔性锂离子电池的安全性和性能,而且我们希望在一年内能够将该新研究转变成原型。”来源: 上海有色金属网

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新型阴极制备法让锂硫电池商业化有希望

据外媒报道,新加坡科技研究局(A*STAR)纳米生物实验室(NBL)的科学家研发出一种新颖的方法来制备下一代锂硫电池阴极,而且该方法简化了锂硫电池阴极耗时且复杂的生产过程。该研究表明锂硫电池商业化有了希望,而且解决了行业内的一个挑战,即需要一种实用方法以大规模生产能够提升电池性能的材料。尽管人们普遍认为锂离子电池是一种先进的技术,可以有效地为现代通信设备提供动力,但是由于其内在电化学属性不稳定,存在存储容量有限以及安全性不足等缺点。不过,NBL研究团队研发了一种新型简化技术,能够从廉价的商用材料中研发出锂硫电池阴极,从而改变现状。在理论上,硫的能量密度高、成本低且储量丰富,有助于锂硫电池系统得到普及,进而替代锂离子电池。理论上说,锂硫电池可存储比锂离子电池多10倍的能量,但是目前为止,此种电池无法重复充放电。NBL研发的锂硫电池阴极却显示了良好的比容量,高达1220 mAh/g,意味着每1g的阴极材料就可存储1220 mAh的电荷。相比之下,典型锂离子电池阴极的比容量为140 mAh/g。此外,NBL的锂硫电池阴极在200次以上的充电循环后,仍保持很高的容量,性能的损失降至最小。能够达到此种性能的关键在于NBL采用了独特的阴极制备两步法。研究人员在添加硫之前,先构建了碳支架,得到一种3D互联多孔纳米材料。与传统制备阴极的方法不同,该方法可以在电池充电时,防止碳支架坍塌。在电池充放电初期,传统法制备的阴极碳支架会坍塌,从而导致整个电池结构的变化。最终,传统阴极的密度变得更高、表面积更小、孔隙也更小,进而导致电池的性能低于NBL的电池。事实上, NBL阴极的比容量比传统法制备而成的硫阴极高出48%,容量消褪率降低了26%。如果该阴极中添加了更多的硫,NBL阴极的实用表面积容量高达4 mAh / 平方厘米。NBL的研究人员不仅在设计和优化阴极,还在利用纳米材料工艺对阳极、电池隔膜和电解质进行设计和优化。研究人员的目标是研发出一套完整的锂硫电池系统,与传统锂离子电池相比,该系统将具备更强的储能能力,而且比现有的电池寿命更长,能够给电子设备、电动汽车和电网储能等带来很大的益处。(文中图片均来自新加坡科技研究局)

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瞄准钴锂 13家外企锂电池回收布局启示

无论是未来市场经济价值推动还是相关政策扶持,废旧动力电池回收利用的布局热潮已经来临。“2019年动力电池回收利用行业即将迎来集中带量报废期”、“ 到2020年我国车用动力电池报废量将达32GW”、“2023年仅废旧动力锂电池回收的市场规模就将超300亿元”……近年来,动力电池回收利用市场呼声高涨,关于行业前景的乐观预判层出不穷。在国内,工信部等相关部门发布了多个关于推动新能源汽车动力蓄电池回收利用,引导和规范动力蓄电池回收服务网点建设运营的政策,给企业布局提供了指导意见和发展方向。在此情形之下,各大省份相继组建了动力电池回收产业联盟,包括主机厂、电池厂、材料厂、第三方回收机构、中国铁塔等产业链企业都积极参与,签署相关协议共同推进国内废旧电池回收利用产业发展。值得注意的是,尽管国内电池回收利用产业已经有来自政策和市场层面的双重力量助推,但整体而言依然发展缓慢,行业实际发展情况却与预期差距甚远。业内人士指出,目前回收行业掣肘较多,仍面临着回收网络有待健全、梯次利用等关键共性技术有待突破、商业模式需要创新等诸多问题,产业整体还处于初级发展阶段。同时,目前动力电池回收市场乱象丛生,小黑作坊活跃,应鼓励规范性企业进入,但目前来看,行业“门槛”似乎过高。事实上,锂电池回收利用涉及多个环节,对回收企业在回收资质、回收技术和回收渠道等方面提出了很高的要求。一些发展模式粗放、技术工艺落后、环保意识薄弱的回收“小作坊”会对锂电池回收产业产生诸多不利影响。而在国外,一批国际领先的主机厂、电池厂、材料企业和专业回收机构也在积极布局锂电池回收,并且制定了详细的回收计划和开发了先进的回收技术,这给国内企业提供了借鉴参考。目前,动力电池的回收主要分为梯次利用和拆解回收两个循环过程,且动力电池的回收循环将从梯次利用开始。而以大众、特斯拉、丰田、本田、巴斯夫、优美科、SKI等国际企业,在锂电池回收方面则先从拆解回收钴镍锂金属开始,以盈利为主要目的,并将此作为其锂电池材料供应来源之一。为此,上述企业都在积极开发锂电池材料回收技术和建设回收工厂,下面就来看看国外企业是如何布局锂电池回收,且看下文:1、丰田设海外动力电池回收工厂外媒报道,丰田汽车目前在泰国北柳省开设了一家电池生命周期管理工厂,用于管理在泰国销售的混合动力车载电池,这也是丰田旗下首个海外电池回收工厂。2、大众电池原材料回收率目标97%大众汽车公布了其EV电池回收计划,包括便携式充电器和原材料回收。大众汽车相信10年内,电池组中97%的锂、钴、锰和镍等原材料可以得到回收!3、特斯拉公布动力电池回收思路特斯拉发布了一份新的“影响报告”,阐述了其对动力电池回收的想法:针对已耗尽寿命的汽车电池组,公司更偏向于回收利用其中有价值的电池材料用于生产新电池。4、本田计划2025年回收废旧锂电池生产镍钴合金外媒报道,日本汽车制造商本田汽车公司的一名高管表示,该公司计划到2025年,使用废旧锂离子电池作为原料,开始生产镍钴合金。5、宝马联手优美科/ Northvolt回收锂电池材料外媒报道称,德国汽车制造商宝马与比利时材料回收公司优美科以及瑞典电池公司Northvolt共同创建了汽车电池回收企业;其中,宝马将提供其在电池研发方面的专业知识,优美科将负责活性负极和正极材料的开发和回收。6、奥迪携手优美科开发电池回收系统奥迪官网报道,奥迪已经与德国优美科公司完成了电池回收战略研究合作的第一阶段。双方正合作研发可以反复使用高压电池组件的闭环,特别是电池原材料中比较有价值的材料。目前,奥迪和优美科正在研发具体的回收概念,重点在于闭环回收法。7、巴斯夫布局欧洲动力电池回收外媒报道称,巴斯夫宣布公司计划与法国公司埃赫曼(Eramet)和苏伊士(Suez)合作开展电动车废旧电池回收业务,投入 “ReLieVe”电动汽车锂离子电池回收项目。该项目旨在开发一种创新的闭环工艺,从电动汽车中回收锂离子电池,并利用回收的电池材料在欧洲生产新的锂离子电池。8、住友金属布局锂电池材料回收外媒消息,日本住友金属矿业有限公司(SMM)表示,公司已经开发出一种回收和再循环利用废旧锂离子电池中分解出的钴铜镍等材料的工艺。9、优美科联手Formula E回收电动赛车电池外媒报道,比利时材料商优美科将与Formula E合作实施动力电池回收计划,Formula E电动赛车系列前两季电动车的电池目前已交由优美科回收处理。10、SKI从废旧电池中回收超80%氢氧化锂外媒报道,SKI正在开发从电动汽车废电池正极中回收氢氧化锂的技术,计划在年底前完成技术开发,并在明年实现商业化。SKI表示凭借这项技术,超过80%的锂离子电池材料可以被回收利用,从而能够回收高质量的镍和钴等关键正极金属。11、EarthTech公司建立首座电动车电池回收工厂外媒报道称,韩国泰科国际子公司Earth Tech公司计划在全罗南道的灵光郡建立旗下首座电动车电池回收工厂。该项目将投资240亿韩元(约合1.39亿元人民币),可回收锂、镍、钴等电池用金属成分。12、芬兰Fortum开发湿法冶金回收工艺外媒报道,芬兰能源供应商Fortum正在进入锂电池回收市场,利用芬兰Crisolteq开发的工艺,Fortum声称它现在可以在工业规模上回收每种电池中80%以上的材料。13、美国锰公司与美国能源部合作开展锂电池材料回收外媒报道,美国锰公司American Manganese Inc.(证券代码“AMY”)宣布,将与美国能源部(DOE)合作开展电动汽车锂离子电池材料回收项目。该项目正式名为“锂离子电池拆卸,再制造和锂和钴回收项目”,旨在为电动和混合动力电动汽车及电动自行车和电动工具等使用终端的锂电池材料制定发展战略。

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到2030年全球锂离子电池回收规模达120万吨

总部位于伦敦的存储回收研究组织Circular Energy Storage发布的数据显示,在短短十年的时间内,将有120万吨锂离子电池达到使用寿命期限。Circular Energy Storage公司估计,到2030年,回收设施可以回收125,000吨锂,35,000吨钴和86,000吨镍。根据这些材料的当前价格,这将增加一个60亿美元的市场。研究人员称,最重要的是,可以回收40万吨至100万吨的生产废料。锂离子存储在便携式电子产品,运输和能源应用中的大量使用继续为最终的此类产品的回收行业积累规模。在2018年至2030年之间,此类电池的市场规模可能会扩大十倍。中国是世界上最大的电池制造商,是其自身的最佳客户,因为到2030年,中国将产生57%的电池废料。商界对此并不陌生,全球50名锂离子电池回收专家中有30名总部设在中国。此外,到2030年,电池的再利用市场将达到1 TWh,其使用寿命将使电池无法用于其原始用途,但仍可用于提供备用电网电力,文具储能和电动汽车充电。“1 TWh听起来像是巨大的容量,远远超出了例如储能系统的预期装机容量,”来自Circular Energy Storage公司的Hans Eric Melin博士说,“但再次强调一下,到2030年,此类二次电池应用的净市场价值估计为450亿美元,该数字是基于45美元/千瓦时的假设得出的,其中一半的价值将在2027-30年间产生。”轻型电动汽车占目前生产的锂离子电池的大部分,但不久的将来正是重型电动汽车(如卡车和公共汽车)中使用的电池将主导进入回收市场的此类材料的数量。在这种频繁使用的车辆中,电池会遭受更多的磨损,并且只能在达到使用寿命后才能回收利用。但是,轻型电动汽车中使用的电池可能具有第二次使用期限,从而延迟了其进入回收的时间。基于电池的能量存储的兴起引起了人们对锂开采对环境和社会影响的新关注,特别是考虑到从使用过的设备中回收电池级锂的技术挑战。但是,最近的工艺发展表明,该材料可以回收到足够高的标准,在电池中重复使用。

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拐点上的磷酸铁锂

磷酸铁锂这一年,是阵痛与机遇交杂的一年,也是身处拐点,蓄势待发的一年。高工锂电复盘磷酸铁锂今年以来的发展情况,磷酸铁锂像一个即将出征的战士,秣马厉兵,枕戈待旦。磷酸铁锂“乍暖还寒”从去年第四季度以来,磷酸铁锂市场回暖的呼声就持续高涨,但是纵观今年发展,磷酸铁锂市场仍旧“乍暖还寒”。消息面上,随着补贴政策偏离高能量密度轨道,2019年1-9批推荐目录中,磷酸铁锂配套车型数量占比不断攀升,其中第7批配套占比最高达71.71%。同时,部分热销车型开始转向磷酸铁锂;船舶、基站、48V、自行车等细分市场需求开始起量,也在给予磷酸铁锂更大市场想象空间。现实是,根据高工产研锂电研究所(GGII)数据显示,1-9月新能源汽车动力电池装机量42.31GWh,同比增长47%。其中,磷酸铁锂动力电池装机量11.84GWh,同比增长9%,占总装机量的27.98%,较去年同期占比下降9.88%。反观三元动力电池,装机量达27.61GWh,同比增长67%,占总装机量65.25%,较去年同期占比上升7.80%。这意味着,磷酸铁锂在动力领域的增长依然不足,主要原因是在乘用车市场的应用占比依然较小。具体来看,一方面公告配套车型以商用车为主,上公告目录距离车型上市仍有一段时间差;另一方面,部分热销车型开始转向磷酸铁锂,但是相关车型仍然保持三元、磷酸铁锂双技术路线,加上今年新能源汽车市场整体增长疲软,因此磷酸铁锂在乘用车市场的表现仍旧差强人意。GGII数据显示,1-9月新能源乘用车动力电池装机量达30.6GWh,占比总装机量72.3%。其中,磷酸铁锂电池装机量仅1.32GWh,占比乘用车装机量4.32%,同比下降27.74%。三元电池装机量27.13GWh,占比乘用车装机量88.65%,同比增长79.82%。第四季度新能源汽车市场由于缺乏销量刺激点,整体新能源市场应该不会出现大规模“翘尾效应”,因此磷酸铁锂电池在动力电池领域的市场反弹仍不会太大。此外,船舶、基站、48V、自行车等细分市场规模庞大,但是目前仍在初级发展阶段或者处于存量市场替换/渗透前期,磷酸铁锂需求仍未大规模上量。然而,不可否认的是,基于补贴退坡的时间节点,动力电池/材料头部企业的频频动作,以及细分市场的增量规模来看,磷酸铁锂已经站在变局的拐点上。巨头企业因时而动巨头的动向一贯是整个产业的风向标,尤其是在市场高度集中的动力电池领域。卡位补贴退坡的时间节点,围绕于成本、技术、产能、市场的部署,电池/材料巨头企业在磷酸铁锂领域的布局已经先行一步。技术方面,包括宁德时代、比亚迪、国轩高科等头部电池企业,今年在磷酸铁锂电池技术方面均有质的突破。宁德时代最新公布的磷酸铁锂高能型和功率型电芯,热失控温度高达800℃,实现15分钟可补电至80%,采用轻量化设计电池包能量密度可达155Wh/kg。同时,宁德时代推出的全新CTP高集成动力电池开发平台也是率先在磷酸铁锂电池上应用。较传统电池包,CTP电池包体积利用率提高15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升50%,电池包能量密度提升10%-15%,大幅降低动力电池的制造成本。比亚迪也在积极部署磷酸铁锂电池的技术创新,并计划于明年5-6月推出全新一代磷酸铁锂电池,体积比能量增加50%,寿命长达8年120万公里,成本下降30%。搭载新电池,新车续航可达500-600km。国轩高科也完成了单体能量密度190Wh/kg磷酸铁锂产品的升级,配套的乘用车系统能量密度达140Wh/kg,续航里程达400Km以上。产能方面,作为磷酸铁锂材料龙头企业,德方纳米于4月在创业板上市后,拟募资4.47亿元主要用于年产1.5万吨纳米磷酸铁锂项目扩产,预计2021年达产。5月11日,德方纳米与宁德时代签署《合资经营协议》。合资公司项目首期规划年产磷酸铁锂1万吨,首期建设完成后,双方将进一步协商新增产能。针对密集的扩产部署,德方纳米董秘表示,基于对未来市场对磷酸铁锂的需求预判以及产能优势竞争力的考虑,公司认为必须坚决快速推进产能。市场优势具象化今年以来动力电池巨头着重瞄准磷酸铁锂技术路线,归根结底还是基于磷酸铁锂的成本优势,以及其针对特定领域需求的应用匹配。成本方面,今年磷酸铁锂的价格维持在低位,且呈持续下降态势。高工锂电跟踪数据显示,今年以来,动力型磷酸铁锂最低报价从5万元/吨一度跌破至4.6万元/吨。究其原因,一方面,随着材料企业在工艺成熟度的提升与创新,今年以来,部分磷酸铁锂材料企业通过采用工业级碳酸锂替代电池级碳酸锂,致使材料成本不断降低。另一方面,上游产能集中释放撞上下游市场需求疲软,原材料碳酸锂价格持续阴跌。截止目前,电池级碳酸锂均价在5.8万元/吨,工业级碳酸锂均价在4.8万元/吨,由此磷酸铁锂的价格也在一路下行。在此基础上,上述动力电池企业对于磷酸铁锂电池的技术创新,也让磷酸铁锂电池的市场优势更为具象化。业内的一致共识是,磷酸铁锂仍然难以撼动三元在乘用车中高端市场的主流地位,但是在微型乘用车、商用车以及细分领域的船舶、基站、48V、自行车等市场,将有磷酸铁锂重要的一席之地。如车载动力领域,在微型乘用车以及专用车市场,在新能源汽车补贴大幅下降的情况下,部分整车厂加速转换磷酸铁锂路线。按NCM 1.1元/Wh和LFP0.9元/Wh的价格计算,若单车带电30-40度,LFP替换NCM的单车成本可下降6000-8000元左右。在固有优势的卡客车市场,宁德时代凭借优异的磷酸铁锂电池产品,拿下了戴姆勒卡客车公司及大众(拉美)卡客车公司的长期订单。这意味着磷酸铁锂电池将在全球卡客车市场一展拳脚。同时,船舶领域指定采用磷酸铁锂电池,通讯后备电源市场对于锂电池的需求,48V电池市场的新兴崛起,自行车电池存量市场的替代,一旦规模化起量,将给磷酸铁锂打开更广阔的发展空间。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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中科院物理所在聚合物固态钠电池研究中取得进展

固态电池是发展下一代高安全、高能量密度电池的关键技术。在发展固态电池的技术路线中,聚合物电解质由于具有良好的柔韧性,有利于在电极与电解质之间形成良好的界面接触,能够承受电极材料在充放电过程中的体积形变,且质量轻、易于加工,适合大规模生产,受到学术界研究人员的广泛关注。聚合物固体电解质(SPE)传统制备工艺流程通常是溶液溶解浇筑-自然风干成膜-真空高温烘干去溶剂。然而由于真空高温烘干为单纯物理方法很难将SPE膜中残余的溶剂分子100%去除(图1a),残留的液体会导致电池在随后的循环过程中发生溶剂分子分解以及在界面处与电极发生副反应,从而导致界面阻抗增大、极化增大、循环寿命和库伦效率低等一系列问题。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源实验室E01组博士刘丽露和戚兴国,在研究员胡勇胜和副研究员索鎏敏的指导下,提出一种通过化学反应原位去除SPE中残余自由溶剂分子的方法。该方法关键在于通过调控选取合适溶剂、盐以及添加剂组合,在溶剂去除过程中巧妙设计盐-溶剂分子-添加剂两步化学反应过程,实现将残留的溶剂最终转化为一种稳定添加剂表面包覆层(图1b),进而达到彻底去除残余溶剂的目的。采用去离子水和NaFSI分别作为溶剂和盐,聚合物选择可溶于水的PEO。NaFSI结构上的S-F键不稳定,遇水会发生微弱的水解产生HF,进一步添加纳米Al2O3颗粒将中间产物转化为AlF3·xH2O(图1,图2)。采用该工艺制备的SPE有效地降低了固态电池界面副反应,极大地提升了电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。采用磷酸钒钠(NVP)和金属钠(Na)分别作为正极和负极组装固态电池NVP|SPE|Na,NVP|FSI-Al2O3-AQ|Na固态电池首周可逆比容量为110mAh/g,库伦效率为93.8%,达到了采用液体电解质时的水平。NVP|FSI-Al2O3-AQ|Na固态电池在1C倍率下循环2000周的过程中,库伦效率始终保持在~100%,循环2000周以后容量保持率为92.8%,平均每周容量衰减率仅为0.0036%。对金属钠的对称电池在100 μA/cm2的电流密度下可稳定循环800h(图3b)。电池循环过程中电化学阻抗谱也保持相对稳定。采用该研究工作中所设计的SPE组装的固态钠电池的循环稳定性是目前所报道的循环稳定性最好的聚合物固态钠电池(图3)。该工作利用盐的吸水性和盐本身的性质,实现了原位化学反应去除SPE中残余溶剂(水)分子,并且SPE的整个制备过程在空气中进行,无需湿度控制或气氛保护。同时,水作为溶剂实现了绿色、无污染、低成本的SPE制备过程。该工作对于发展固态锂/钠电池中原位反应控制界面、人为调控界面具有重要的借鉴意义。该研究结果近日发表在ACS Energy Letters上(ACS Energy Letters,2019,4, 1650-1657),文章题为In Situ Formation of a Stable Interface in Solid-State Batteries。相关工作得到国家重点研发计划(2016YFB0901500)和国家自然科学基金(51725206, 51421002和51822211)的支持。图1.(a-b)SPE制备过程示意图:a)传统过程;b)所设计的过程;(c)NaFSI和NaTFSI的化学结构图2. (a) FSI-1%Al2O3-AQ、FSI-1%Al2O3-AN和TFSI-1%Al2O3-AQ电解质膜的XPS图谱;(b) Al2O3分别在NaFSI水溶液、NaFSI乙腈溶液和NaTFSI水溶液中反应后的红外光谱;(c) Al2O3分别在NaFSI水溶液、NaFSI乙腈溶液和NaTFSI水溶液中反应离心后的照片和TEM图;(d-e) Al2O3在NaFSI水溶液中反应离心后的高分辨TEM图(d)和XPS图谱(e)图3.(a)NVP|FSI-Al2O3-AQ|Na的长循环性能及其循环过程中的阻抗变化;(b)Na|FSI-Al2O3-AQ|Na的循环性能及其循环过程中的阻抗变化;(c)聚合物固态钠电池的平均容量衰减率总结

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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研究表明消除电池材料的氢气可以提高电池性能

据外媒报道,研究钠离子电池的加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的科学家发现,存在于电池材料的氢气是导致电池降解和性能损失等许多缺陷的原因。而如果在生产过程中将氢气从电池材料中排出,可使钠离子电池达到与锂离子电池相竞争的性能水平。根据基于钠离子电池技术研究,采取措施避免在生产过程中向电池材料中添加氢气可以改善其长期性能。随着锂离子电池的生产呈现指数级持续增长,电池材料(包括锂本身)供应短缺等潜在问题变得更加突出。虽然回收电池可能会减轻影响,但使用储量更丰富的材料生产电池将会带来成本下降,也更环保。用钠取代锂是电池研究领域希望实现的目标之一。但暂时没有将这种电池技术实现商业化,这是因为钠离子电池往往会比锂离子电池更快地降解,并失去其容量。由于电池质降解和性能损失也是锂离子电池面临的的一个问题,因此采用降解速度更快的钠离子电池难以得到广泛应用。加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的科学家在发表在“材料化学”杂志上的一篇论文中指出,钠锰氧化物(一种常见的电池阴极材料)的大部分降解是由材料中存在的氢引起的。他们还认为,类似的机制可能会对锂离子电池性能产生负面影响,但需要更多的研究来证明这一点。加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的研究表明,作为世界中最丰富的元素之一,氢在电池生产的许多阶段进入材料中,氧化锰层中氢的存在减少了锰原子分解和溶解所需的能量。加州大学圣巴巴拉分校材料科学家Chris Van de Walle解释说,“由于氢原子很小且反应活泼,成为了电池材料中常见的污染物,对电池性能产生不利影响,而电池生产厂商可以在制造和封装电池的过程中采取措施抑制氢气的混入,从而提高电池性能。”

作者: 刘伯洵 详情
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新型储能电池为何“钠”么难

不管是新能源汽车,还是太阳能、风能等,在人们利用这些可再生能源的同时,拥有优异性能的可充电电池都会成为关注的焦点话题。与商业化的锂离子电池相比,钠基储能电池具有价格低廉和原料易得的显著优势,因此被期待成为下一代新型储能电池,在可再生能源储存中力挽狂澜,以实现绿色大规模的能量储存与转化。近日,《细胞》子刊《化学》在线刊登了武汉大学化学与分子科学学院教授曹余良研究团队针对高能钠—金属电池的研究进展及发展前景的总结论述。“我们想为未来该领域的研究方向提供一定的思路,同时对于不同钠—金属电池的研究也能促进对其他电池体系的理解及研究。”曹余良说。锂离子电池的“替补队员”空调遥控器突然没电?用到一半的手电筒无法发光?望着手中这些用量迅速耗竭且无法重复利用的锌锰电池,曹余良索性将几节可充电电池装入槽内。作为一类重要的储能方式,可充电电池在日常生活中发挥着难以替代的作用。锂离子电池就是其中之一。“当对电池进行充电时,锂离子从含锂化合物正极脱出,经过电解液迁移到负极。而负极的碳材料呈层状结构,到达负极的锂离子嵌入碳层中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。”曹余良告诉《中国科学报》,锂离子电池的比能量高和适用范围广,不仅在便携性电子设备领域占据巨大的市场并逐渐应用在电动汽车领域,在储能方面也极具“后劲”。但凡事过犹不及,市场需求和成本的快速增长,以及锂资源的不均匀分布,这些也引发了人们对于锂离子电池应用与规模储能领域的担忧。“例如,一辆电动汽车的动力就相当于几万个手机电池的串并联,这些会造成锂和相关材料的用量激增。倘若将其用于储能,会进一步加剧对锂资源的担忧,同时可能更加推高相关材料的价格,增加电力使用环节的负担。”曹余良介绍,在某种程度上发展高效可再生新能源的一个重要环节就是发展储能系统。是否可以发展一种锂离子电池的“替补队员”呢?为此,团队将目光转向了它的“兄弟”——钠。“钠离子电池和锂离子电池的工作原理相似,而且钠在海洋中无处不在,储量是锂的几千倍,更容易廉价获得。”曹余良说。不过,由于钠具有更大的离子半径和更高的氧化还原电势,相比于锂离子电池,钠离子电池一般只有较低的能量密度,合适的正负极材料也仍在探索中,商业化应用并不成熟。正负极材料为何“钠”么难针对钠离子电池能量密度较低的困境,一类低价且高能量的新型钠—金属电池应运而生,当然这离不开各种新型正负极材料的开发和使用。论文作者之一、武汉大学化学与分子科学学院博士王云晓介绍,这些电池体系中,钠金属被直接用作负极,可实现高达1160 mAh g-1的比容量和低至-2.714 V(相对于标准氢电极电势)的氧化还原电势。而丰富的O2、温室气体CO2、SO2以及单质S均可作为正极材料,从而构成各类钠—金属电池。“理论上,这些电池体系分别以气态O2、CO2、SO2或固态S作为正极活性材料;但事实上,正极材料往往需要负载在多孔碳中才可以表现出较高的电化学活性,这些多孔碳基体并不直接参与电化学反应,而是作为电荷转移的介质和活性材料的载体。”王云晓说,正极材料和放电产物的低导电性是首当其冲的难题。“尽管构建高导电性的正极载体可以一定程度上缓解这一问题,但值得注意的是,不同的钠—金属电池可能需要不同的孔尺寸及形貌才能实现较好的电化学性能。”另外,迟缓的反应动力学和较高的过电势也是一大挑战。不过,引入催化剂可能是一种行之有效的提高正极反应活性的方法。此外,降低催化剂尺寸至纳米颗粒、量子点甚至单原子级别可以得到最大化的催化活性中心。王云晓告诉记者,不同的电池体系对应不同的催化需求。例如,在Na-O2体系中,催化剂的选择可能取决于其对于O2/O2-的亲和性以及对电极界面O2-中间体的稳定作用,如贵金属和过渡金属氧化物等;在Na-CO2电池体系中,目前仅报道了一种双金属氧化物具有一定的催化作用,可有效促进稳定放电产物Na2CO3发生可逆电化学反应的催化剂仍在寻找中;在室温Na-S电池中,理想的催化剂应具有良好的亲硫性,这样不仅可以通过化学键合作用实现对多硫化物的固定作用,还可以促进不同硫物种之间转化的动力学过程。“钠负极的钝化限制了电池的放电容量,同时充放电过程中的过电势降低了电池的库伦效率。在这一方面,我们仍需要更多的基础研究来揭示负极反应过程。另外,行之有效的抑制钠枝晶的形成以及保护高反应活性的钠金属电极的方法也仍待探究。”王云晓说,正极和钠负极的电解液相容性的全局考虑也至关重要。目前关于钠金属负极和不同正极之间的研究是相对独立进行的,而全电池的研究相对缺乏。商业化前景尚不明朗除此普遍的正负极材料问题,不同的钠—金属电池各自也存在不同的挑战,这为其商业化应用蒙上了一层阴影。曹余良介绍,对于Na-O2电池,其反应机理尚不明确。为得到更低的过电势和更高的循环寿命,有效实现Na-O2为主要反应产物的方法仍待研究。此外,对于Na-CO2电池的研究也还十分有限,其较低的反应可逆性及较差的循环性仍亟待解决。“未来的研究可能集中在气态CO2正极的设计和高电压电解液的探索上。”基于目前对Na-SO2电池的研究结果,曹余良表示,NaAlCl4·2SO2无机电解质的使用对于实现Na-SO2电池的长循环、稳定性和安全性至关重要。研究可替代不稳定的钠金属的负极材料、反应机制如充放电过程中较大的电压滞后以及充电过程中具体的反应路径、新的有机电解质体系,特别是凝胶和固态电解质的研究对Na-SO2电池的发展都是亟待解决的问题。幸运的是,对于室温钠硫电池,电化学性能已取得突破性进展,然而其作用机制也尚不明确。“硫电极在不同电解液体系中的电化学行为研究十分匮乏,硫在醚类和碳酸酯类电解液中的表现也仍缺乏令人信服的解释。因此,探索反应过程中复杂的反应机理的原位检测技术十分必要。”他说。曹余良认为,尽管钠—金属电池的商业化前景尚不明朗,但其高能量密度及低成本优势在钠离子电池家族中仍表现出较强的竞争力。未来团队将着力开展金属钠负极的保护和优化。对于正极材料,研究将重点放在空气和固态硫电极上,同时发展非燃电解液体系,提升金属钠电池的安全性能。“我们希望能在钠空气和钠硫电池方向取得突破性进展,为新型储能电池的未来市场提供更多有利选择。”曹余良说。相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.05.026《中国科学报》 (2019-07-08 第7版 能源化工)原标题:新型储能电池为何“钠”么难

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