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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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宁德时代Q1动力电池出口超25亿

国外新能源汽车项目进入量产阶段,动力电池订单增长加快,宁德时代动力电池出口量大增。据宁德海关统计,一季度宁德时代在宁德海关申报出口动力电池货值25.17亿元,同比增长28.7倍。据悉,宁德时代产品以动力电池模组形式发往欧洲等地,为奔驰、宝马等品牌新能源汽车提供动力电池。行业数据显示,Q1欧洲主要的国家(德国、法国、英国、挪威、瑞典、荷兰、意大利和西班牙)新能源汽车注册达37.38万,按照上述国家占欧洲市场85%推算,欧洲Q1新能源汽车注册量为44万,整体与去年Q4的高位持平。根据行业预测,欧洲今年新能源汽车销量有望超过200万辆。据悉,宁德时代目前合作的国际车企包括宝马、丰田、戴姆勒、现代、捷豹路虎、PSA、大众和沃尔沃等。随着海外新能源汽车项目加速量产,市场持续放量将带动动力电池需求激增,宁德时代将成为最大的获益者之一。值得一提的是,今年以来,包括宝马、奔驰、大众、现代等国际车企都将目光投向宁德时代,或表示将加大合作。4月19日,宝马集团大中华区总裁兼首席执行官高乐表示,在中国市场,宝马与宁德时代一起开发电池,来契合宝马的封装工艺。4月16日,奔驰EQS正式发布。新车采用来自宁德时代的811配方电池,容量达108kWh,WLTP续航超过700km。双方于去年就开始展开领先电池技术的合作。3月,大众集团CEO赫伯特-迪斯公开表示与宁德时代将进行大量合作,加大宁德时代电池采购。2月,宁德时代成为现代E-GMP第三批电池供应商,中标规模或逾百亿元。无论是配套国际车型走向海外,还是动力电池产品直接出口,海外新能源汽车市场的持续起量将成为宁德时代业绩一个重要的增长级,而今年或许将是一大转折点。

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动力电池需要一个“善终”

虽然电动汽车是当下新能源汽车的主力,但其“绿色环保”的名号一直并不牢靠。从诞生的那天起,就有人质疑它是“伪环保”。这不光是因为电动汽车所需电能很大一部分来源于化石燃料发电,更重要的是,动力电池本身并非环境友好之物,生产它要产生污染,没有一个“善始”,待其完成作为汽车动力的使命后,回收处理不好会破坏环境,更谈不上“善终”。随着电动汽车销量和市场保有量不断增大,越来越多的电动汽车开始进入更新迭代期,这让动力电池的“善终”问题变得日益凸显。中国汽车技术研究中心的数据显示,2020年,我国累计退役的动力电池超过20万吨,到2025年,动力电池累计退役量将达近80万吨。与这样的数据相伴的一个问题是,这些退役的动力电池都会去向哪里?据了解,目前报废的动力电池通常有如下几种处置方法:一是重新制造,即替换电池上的损坏零件,重新装配给电动汽车;二是电池转型,即改变电池的调校(控制发动机的数据),并将其装配给其他装置(如,用于动力和续航需求较弱的低速电动车、通信基站和储能设备等);三是循环利用,即分解提取电池中的锂、钴、镍、锰等金属元素及其他化学材料和副产品,在原材料市场中出售或重新投入车用电池的生产。这几种处置方法说起来简单,但进入实际操作过程尤其是实现产业化价值却很难。除了一些电池再利用技术尚处于试验阶段,暂时难以实现商业化之外,更大的难题还在回收环节。天眼查数据显示,目前我国共有经营范围含“动力电池回收”的企业240多家。这些企业中仅有27家进入工信部公布的符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》的企业名单。名单中的企业可视为动力电池回收“正规军”,它们在资质、渠道、技术及规模等方面具备较完善的体系和运营能力,全国也确实出现了很多由车企或梯次利用企业“官宣”的回收网点。然而,受动力电池整体数据缺失、民众环保意识淡薄、退役动力电池回收没有明确的定价机制等因素影响,大部分回收网点利用率仍然较低。据悉,目前市场中有接近八成的退役动力电池未流入正规渠道,它们要么还闲置在车主手中,要么就是进入了非正规渠道。市场是以利润为导向的,动力电池回收市场也是如此。客观上,动力电池设计制造本身就很复杂,其退役之后的回收拆解也对技术要求很高,若形成自动化拆解生产线,就需要高成本投入。就目前来看,正规回收企业由于前期投入大,需要数量足够多、价位足够低的回收电池来摊薄成本,但这一点很难实现。目前网上出现各种电池回收渠道,其回收价格比正规渠道要高出不少。比如,某平台商家回收三元锂电池的报价为1.5万元/吨,这个价格比正规回收企业的报价高出了近50%的水平。巨大的价差必然导致退役动力电池被黑市截流。退役动力电池流向不可控的私人领域,这是很危险的事情。由于电池拆解需要很高的专业技术,而私人作坊根本达不到要求,对电池拆解很难控制,造成环境污染在所难免。有环境专家称,一块20克的手机电池,可污染3个标准游泳池容积的水,而一块电动车的废旧电池,则会污染30多公顷土地。如果汽车用动力电池被小作坊任性处理,所造成的环境污染将非常可怕。另外,通过透支环境和安全,小作坊获得了成本优势,这会反向推高动力电池收购价,而正规企业为了维持正常生产运转,有时不得不向小作坊收购退役电池,这种市场状况无疑会助长回收黑市扩张,形成恶性循环。不管是从行业发展角度还是从环境保护角度考虑,动力电池“善终”问题事关重大,马虎不得,必须未雨绸缪,早做规划。考虑到动力电池回收是一个技术要求高又涉及多个行业领域和众多企业的产业,其发展需要汇聚多方合力,形成一个良性循环。这就要求政府方面要完善政策法规体系,加强监管,引导产业规范发展。一方面要细化政策,强化落实,通过财政补贴等方式鼓励生产和销售商参与动力电池的回收,形成合理的电池回收机制;另一方面要出台电池技术标准,引导企业生产标准化动力电池,为后期回收再利用奠定基础。同时,要加快动力电池回收利用管理标准体系建设,规范溯源管理、梯级产品管理、报废及惩罚管理等制度。只有让动力电池真正做到“善终”,电动汽车才能当得起环保之名。作者:胡立彪来源:中国质量报

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动力电池知识产权纠纷呈高发态势

据外媒报道,韩国锂电池供应商SK Innovation和LG化学日前达成和解,前者将向后者支付2万亿韩元(约18亿美元)赔偿金,其中包括一次性付款和运营特许权使用费。双方同意在美国和韩国撤回所有法律纠纷,并达成为期10年的非纠纷条款。至此,锂电池行业内长达2年的“世纪纠纷”告一段落。随着动力电池行业快速发展,上述案例也给我国企业敲响了警钟,相关企业亟需做好风险排查和专利布局。和解是多因素共同作用的结果LG化学与SK Innovation都是美国动力电池市场的重要供应商。其中,SK Innovation主要向大众、福特及现代汽车等企业提供动力电池,LG化学则是特斯拉和通用汽车的电池供应商。两家企业的专利纠纷要从2019年说起。当年,LG 化学向美国国际贸易委员会(ITC)发起了4次诉讼,指责SK侵犯其专利,随后又指责SK窃取其商业机密。随后两年中,双方进行了多次交锋。今年2月,ITC做出了有利于LG化学的判决,对SK锂离子电池实施为期10年的进口禁令。SK方面回应称:“要退出正在建设、耗资26亿美元的佐治亚州电池新工厂。”“该工厂将为当地创造6000个工作岗位。”业内人士向记者介绍,在LG化学与SK Innovation整个诉讼过程中,都有来自政府和汽车巨头的影子。因为一旦禁售,不仅是SKI Innovation,上述主体都会遭受损失。到今年3月31日,事件发生“神反转”,ITC裁定结果表示,SK Innovation没有侵犯LG 化学的电池相关专利。在此需要厘清的是,商业秘密和专利侵权是两个独立诉讼。业内人士指出,2万亿韩元赔偿针对的是商业秘密诉讼,尽管中间加入了对专利侵权的调查,但目的也是彼此施压。“ITC裁决的反转,可能是提前得知双方达成和解,早早了结专利侵权案,这样两家企业面子上都过得去。”北京超凡知识产权管理咨询有限公司数据与咨询事业部副总经理蒋涛指出,两家企业和解几乎是必然结果,是诸多因素共同影响的结果。从战略层面来看,动力电池进口禁令不利于美国和韩国在国际新能源市场上的竞争。我国企业缺乏核心专利上述案例并非个例,随着新能源汽车及动力电池产业蓬勃发展,锂电池知识产权诉讼案件时有发生,且企业难以取证、维权较为困难。“在一个案件中,锂电池制造商通常需公证购买至少两个车型,每个车型至少两辆,费用高昂,且维权周期长,整个案件全程需3年左右,相对锂电池产品的更新换代周期严重滞后。”宁德时代董事长曾毓群曾呼吁加强锂电池知识产权保护。在业内人士看来,目前我国锂电池行业已建立起完整的产业链,技术、工艺、原材料等环节基本实现国产化,部分达国际领先水平,但我国电池企业对知识产权的认识还有待提升,在专利布局上较为薄弱。“单从数量上看,我国锂电池领域的专利申请量全球第一。我们缺少的是高价值的核心专利,这些专利要在技术上‘占得住关隘’、法律上‘经得起考验’、市场上‘守得住利益’。”蒋涛指出,我国锂电领域研发起步较晚,在一些基础技术尤其材料方面缺乏核心专利,受制于外企,这种情况在下一代锂电池材料研发上依然存在。先进材料技术的研发往往需要长时间投入,且要承担失败风险,大部分企业对此都难以承受。此外,大部分研发资源集中在科研院所,而科研项目又难以与市场需求对接,导致成果与市场脱节、技术以模仿和改进为主。因此,我国企业难以产出核心技术和相应的高质量专利。既要加强管理又要持续创新已有前车之鉴,我国动力电池如何做好知识产权保护?蒋涛指出,动力电池企业应加强对技术秘密的重视和管理,并借鉴LG化学与SK Innovation案例的经验,学会使用商业秘密诉讼来维权。反过来,企业在引进技术人才时,要考虑是否存在侵犯商业秘密的风险。企业要明确哪些内容适合技术秘密保护、哪些内容适合专利保护,通过反向工程获知的技术,建议通过专利形式保护,将人才流动带来的潜在损失降到最低。“企业兴师动众诉讼的背后,是未来锂电池领域巨大的市场利益。有利益就会有纷争,未来锂电池领域的专利、商业秘密诉讼将越来越多。”蒋涛进一步表示,LG化学是锂电池领域最活跃的专利申请人之一,未来也不排除其依靠自身专利优势阻止国内企业进入海外市场的可能,尤其是那些与其具有相似技术的企业。所以,国内企业要提前做好风险排查和专利布局。“巧妇难为无米之炊”。在赢合科技总裁许毅看来,企业注重技术保护、写足够多的专利还不够,研发是专利布局的基础,企业要持续进行技术创新,要有危机感。蒋涛强调,企业利用好专利情报资源,可以掌握在研技术的发展动向和趋势,加速研发进程。企业不应只满足于专利申请,而要考虑进入“给企业经营创造风险可控的安全且自由环境”的新层次。如在研发过程中,以防御风险为目的,做好技术主题、竞争对手分析;结合现有技术检索结果,围绕研发项目,进行核心专利规划和布局;适当进行海外专利申请;提高技术人员专利信息应用能力,建立高水平知识产权团队等。

作者:卢奇秀 详情

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亿纬锂能去年锂离子电池营收66.70亿,营收占比81.73%

4月19日,亿纬锂能发布2020年年度报告,公司去年持续夯实主营业务发展,实现营业总收入81.62亿元,与上年同期相比增长27.3%;基于参股公司思摩尔国际非经常性和非现金项目计提的影响,归属于母公司股东的净利润为16.52亿元,比上年同期增长8.54%;如不考虑上述计提的假设条件下,则归属于母公司股东的净利润为21.91亿元,比上年同期增长43.93%。公开资料显示,亿纬锂能主要业务是消费电池(包括锂原电池、小型锂离子电池、三元圆柱电池)和动力电池(包括新能源汽车电池及其电池系统、储能电池)的研发、生产和销售。其中,报告期内,消费电池业务实现营业收入40.98亿元,与上年同期相比下降4.85%,主要原因是:2019 年,基于政策驱动,应用于ETC行业的锂原电池销售集中,实现快速增长;2020年,此部分市场需求趋于平稳;且受外部环境影响,传统应用领域的部分订单延迟交付。在锂原电池方面,继续在智能表计、智能安防、智能交通、共享经济等市场领域发挥全球领先优势,进一步抢占市场空间。在小型锂离子电池方面,通过推进技术升级、工艺优化及自动化产线建设等工作,产品的生产效率和盈利能力得到明显提升。尤其是豆式电池,完成了以无人化操作为基础的全自动化产线建设。在报告期内,主要应用于TWS的豆式电池出货规模增长明显;同时市场开发工作取得重大成果,与国内外知名品牌大客户形成稳固的合作关系。在三元圆柱电池应用领域,电动工具、两轮电动车等下游市场需求旺盛,实现了较高幅度的增长,对公司的业绩增长做出了重要贡献。报告期内,公司在工具及小型动力领域均进入国际和国内一流客户体系,形成稳定批量交货,进一步巩固了在工具市场和两轮电动市场的行业领先地位。报告期内,动力电池业务共实现营业收入40.64亿元,与上年同期相比增长93.08%,主要原因是软包三元电池海外销售快速增长。报告期内,公司的软包三元电池进入产能释放期,产能利用率处于较高水平。在稳定向国际大客户进行批量交付的同时,新产能建设工作快速推进;截至年底部分新产能已开始投入运营,以满足客户的需求;此外,公司立足全球市场继续开拓国内外知名车企,市场地位稳步提升。在磷酸铁锂电池方面,除了继续深耕商用车领域外,经过前期的布局及投入,公司在工程动力市场和储能领域取得了良好成绩,聚焦大客户的策略效果明显,特别在5G通信储能和风光储能领域,成功获得了多个大客户的重点项目,与大客户的合作进一步巩固。在方形三元电池方面,经过多年的研发和验证,公司自主开发的方形三元电池正式推出市场,获得国际一流客户的多个项目定点,建立了合作关系,为后续业务持续增长打下良好基础。另外,依托三元和磷酸铁锂两大体系,公司经过多年研发的电池集成系统取得了重大成果,即将向市场推出全系列的高、低压xHEV电池系统产品,协助推进传统燃油车的电动化进程。报告期内,亿纬锂能采用增发方式向特定对象发行股份,实际募集资金净额24.77亿元用于“面向TWS应用的豆式锂离子电池项目”“面向胎压测试和物联网应用的高温锂锰电池项目”“三元方形动力电池量产研究及测试中心项目”和补充流动资金。从业务结构来看,亿纬锂能去年锂离子电池实现营收66.70亿,营收占比81.73%,毛利率26.1%,是公司营收的主要来源。业绩增长源于亿纬锂能长期以来对技术创新的高度重视,去年公司用于研发的投入资金达到7.23亿元,占营业收入的8.86%,研发人员也不断增加至1751人。截至去年年底,公司已申请了2369项国家专利,其中授权专利1097项。在未来,亿纬锂能将以“打造最具创造力的锂电池龙头企业”为新愿景,进一步加强锂电池新产品和新技术的研究和开发,进一步提高产品的综合性能,进一步推进现有产品的工艺优化和性能升级,进一步加强产品制造过程的管控,提升公司综合竞争力。公司将进一步加强在消费电池、动力电池两大主要业务的全面布局。按照规划,逐步完成豆式电池新产能建设,保障下游客户快速增长的市场需求;另外,按新标准完成小型锂离子电池高水平工厂的建设,进一步增加高端产品的产能,巩固公司在消费电池行业领先地位。动力电池方面,继续加强新能源汽车和储能业务的布局,一方面继续加大三元软包叠片电池和磷酸铁锂电池的产能建设;另外一方面,在依托于公司的技术、质量、规模和市场的综合优势,加大国内外大客户的开发,特别是乘用车市场,推动公司业绩的快速增长。在扩大生产规模、提高交付能力的同时,争取在研发和供应链管理等方面释放协同效应。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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​一季度我国锂电池相关企业新增1028家

4月19日,锂电池板块持续走强,拓邦股份、中矿资源、天际股份、多氟多等多股涨停,豪森股份、亿纬锂能、长信科技等涨逾11%。企查查数据显示,目前我国共有3.76万家锂电池相关企业,广东省以1.64万家企业高居第一,江苏、山东分列二三名。2020年,锂电池相关企业注册量为5821家,同比下降25.2%,今年一季度新注册1028家,同比下降3.11%。此外,全行业40%的企业注册资本高于500万。2020年注册量同比下降25.2%,今年一季度新增1028家从近十年来锂电池相关企业年注册量变化来看,企查查数据显示,2018年之前均处于逐年上升趋势,2018年达到最高的8248家,2018-2020年呈逐年下降趋势,2020年全年新注册企业5821家,同比下降25.2%。企查查数据显示,今年一季度新注册锂电池相关企业1028家,同比下降3.11%。其中1月份注册量为326家,同比下降18.7%,2月份注册量为160家,同比增长36.8%,3月份注册量为542家,与去年同期基本持平。广东以1.64万家高居全国首位,全行业四成企业注册资本高于500万从地区分布来看,企查查数据显示,目前广东省以1.64万家锂电池相关企业数量高居全国第一,江苏、山东分别以4339家、1917家企业位列二三名。此外,安徽、河南、浙江、湖南等省份同样跻身前十。从注册资本来看,企查查数据显示,共有25%的锂电池相关企业注册资本低于100万,100-500万之间的企业占比35%,而注册资本高于500万的企业占比达到40%。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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亚洲最大锂电巨头—— 天齐锂业扭亏乏力

4月14日晚间,亚洲最大锂电生产商天齐锂业发布了2020年度业绩快报和2021年第一季度业绩预告。报告显示,天齐锂业2020年归母净利润为-18亿元,今年一季度归母净利润预计为-1.9至-2.8亿元。尽管两期亏损额均较大,但相较于上年同期的分别亏损约60亿元、5亿元,亏损幅度有了大幅缩小。而受益于碳酸锂价上涨,4月14日,包括天齐锂业、赣锋锂业在内的多家上市公司股价出现涨停,4月15日,天齐锂业股价继续上涨近5%。然而上涨行情下,天齐锂业发展仍存隐忧。存在被实施退市警示风险根据天齐锂业发布的2020年度业绩快报,2020年共实现总营业收入32.4亿元,同比降低33%,实现归属于上市公司股东的净利润-18亿元,同比增长69.9%。天齐锂业称,营收下降主要系锂化工品的价格在2020年前三季度持续走低,叠加海外新冠疫情扩大因素导致出口份额降低。虽然锂化工品市场在2020年第四季度有所反弹,但综合来看,公司2020年度产品销售均价和销量较2019年度均有一定程度下降。此外,受联营公司智利化工矿业公司(SQM)股票价格、Libor利率波动等因素影响,2020年天齐锂业持有的SQM 2.1%B股领式期权业务与套期保值业务产生的公允价值变动收益较2019年度下降约8.9亿元人民币。虽然上述因素均对天齐锂业利润产生不利影响,其亏损额却大幅收窄。对此,天齐锂业称主要是因为2019年度计提了大额长期股权投资减值准备53.53亿元,同时2020年公司财务费用较减少约7亿元。今年一季度,天齐锂业仍未能改变亏损态势,预计归属于上市公司股东的净利润为亏损1.9—2.8亿元。据透露,天齐锂业2020年第一季度,澳元兑美元汇率下降幅度较大,故上年同期财务费用汇兑损失金额较大,今年一季度澳元兑美元汇率相对平稳。另外,一季度,持有的SQM 2.1% B股领式期权业务与套期保值业务产生的公允价值变动收益较上年同期大幅下降约2.4亿元。值得注意的是,天齐锂业在2020年三季度报中曾指出,如公司最近两个会计年度经审计的净利润连续为负值,深圳证券交易所有权对公司股票交易实施退市风险警示,在公司股票简称前冠以“*ST”字样。“由于公司2019年净利润为负,如果公司2020年经营业绩无法出现大幅提升,实现扭亏为盈,在公司披露经审计的《2020年年度报告》后存在被深交所实施退市风险警示的可能性。”控股股东减持“续命”除了业绩外,当前天齐锂业还面临较大的资金压力。2020年业绩快报显示,报告期末公司总资产为418.75亿元,较期初数减少 10.13%,归属于上市公司股东的所有者权益为52.38亿元,较期初数减少 24.78%。截至2020年9月30日,天齐锂业短期借款、一年内到期的非流动负债、长期借款、应付债券等各类借款余额分别为31.21亿元、133.05、130.26亿元、20.26亿元,合计达314.78亿元。天齐锂业此前因收购SQM股权与中信银行牵头的并购贷款银团签署的贷款协议,贷款本金共计30.84亿美元,其中的18.84亿美元(约合人民币124亿元)已于2020年11月底到期,占公司最近一期经审计净资产的179.35%。此后,天齐锂业通过引入战略为这笔贷款赢得了一年的展期,展期至2021年11月26日,附条件自动再次展期至2022年11月25日。债务压力下,天齐锂业控股股东多次通过减持公司股票“续命”。去年5月,天齐锂业发布《关于控股股东减持股份的预披露公告》,称控股股东天齐集团计划自2020年7月3日起的6个月内通过集中竞价和大宗交易的方式减持不超过8862.6万股,占公司总股本比例6%,减持系偿还股票质押融资。去年底,上述减持实施完毕,天齐集团持股比例由36.04%降为30.05%。根据天齐锂业披露的减持均价和减持股数信息粗略计算,上述减持共计套现超20亿元。今年1月7日,天齐锂业再次发布《关于控股股东及其一致行动人减持股份的预披露公告》,控股股东及一致行动人拟自1月29日的6个月内,通过集中竞价和大宗交易的方式合计减持约不超过5908.4万股,占公司总股本4%,减持目的为向天齐锂业提供财务资助及其他资金需求。2月3日—3月22日期间,该减持已实施1%,而减持期间天齐锂业的股价在38元/股—57元/股,即使按照天齐锂业4月15日收盘价39.14元/股来算,这些股份能够回流现金超20亿元。锂价上涨能否扭亏为盈?记者注意到,尽管业绩已持续两年巨额亏损,且存在较大债务压力,但天齐锂业在二级市场上却受到较多青睐,股价也保持高位。作为亚洲最大锂电生产商,天齐锂业主要从事锂产品的研发、生产和销售,是锂电新能源核心材料供应商。公司通过控股泰利森实现了锂精矿的自给自足,完全覆盖公司生产锂化工产品所需的所有锂原料,同时以四川甘孜州的矿产资源作为战略储备,并参股SQM实现了对世界上最大储量和最高品位的盐湖卤水型锂矿的战略布局。近几年新能源汽车快速发展,去年底国务院办公厅正式印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,重点强调了鼓励企业提高锂、镍、钴、铂等关键资源保障能力,新能源汽车相关产业链发展前景广阔。天齐锂业股价从去年4月底最低15.18元/股,最高涨至今年1月底的70.13元/股,虽然此后有所回落,但总体仍在30元/股以上,在近日公告2020年和今年一季度持续亏损的情况下,天齐锂业股价甚至出现了涨停。截至4月15日收盘,其股价为39.14元/股,涨幅约5%。2021年以来,碳酸锂价格持续上涨,区间涨幅超过40%。市场数据显示,电池级碳酸锂价格从今年1月份的6.3万元/吨,已上涨至4月份的9万元/吨;工业级碳酸锂价格从约5.9万元/吨,拉升至8.6元/吨左右。在新能源汽车发展势头强劲、锂电产品价格走高背景下,市场对天齐锂业2021年扭亏为盈报有不小的期望。兴业证券研报指出,新能源汽车渗透率正快速提升,全年磷酸铁锂对应碳酸锂需求及高镍三元材料对应氢氧化锂需求增量迅猛,锂价有望受到“成本+需求”双驱动维持高位,锂盐业务的量价齐增有望助推天齐锂业未来业绩发生逆转。西部证券更是在研报预计2021年、2022年天齐锂业将分别实现归母净利润9900万元、3.81亿元。未来,天齐锂业能否真的能如市场所愿,其真实业绩又将表现如何?本报将持续关注。

作者: 李玲 详情
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锂离子电池安全事故:安全性问题,还是可靠性问题

摘 要: 近年来锂离子电池相关的安全性事故频发,使得锂离子电池的安全性成为研究热点。本文分析认为,大多数锂离子电池安全性事故的根源是电池产品的可靠性问题。可靠性是产品在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性,以概率来度量。锂离子电池安全性事故发生的情况符合可靠性的定义特征。本文阐述了现行安全性测试标准不能杜绝电池安全性事故的原因,从可靠性的角度分析了锂离子电池安全失效的各种诱因及其测试方法,以期降低电池安全失效几率,并设计出能够避免或减少安全失效后损害的措施。本文呼吁从业者在大力研发锂离子电池安全技术的同时,重视锂离子电池的可靠性研究。关键词: 锂离子电池;安全事故;可靠性;热失控;安全失效近年来锂离子电池、尤其是车用动力电池安全事故频发,威胁着人身安全、商业推广和社会效益。目前锂离子电池的安全性研究已经成为电池领域的研究热点。锂离子电池安全事故大多以热失控方式发生,其基本特征是:事故由最初的“热引发”大多数情况是内短路产生热量,由于电池的导热性较差,热量积累推高电池的温度,当温度升高至引发电池内部的链式化学反应时,电池温升将逐渐加速,直至电池内化学反应放热量极大,任何散热手段都无法阻止电池温升,即电池发生热失控。此过程可以用绝热加速量热仪(ARC)进行量化表征。研究表明,通过正极材料包覆和隔膜和电解液改进]等方法提高电池材料热稳定性,可以提升电池的安全性。同时,通过改善电池设计和模组设计也可以大幅度提升电池的安全性。通过从材料、电池到模组的持续改进,电池的安全性得到了大幅度的提升。但是,鉴于目前科学家和工程师们还无法有效评估或预测锂离子电池的安全性失效,因此即使锂离子电池体系与设计均通过了安全标准认证,进入市场的锂离子电池均是合格品,但锂离子电池的安全性事故,尤其是电动车的安全性事故,还是高频率地出现在公众的视野中。那么,为何现行安全标准无法保障电池产品的安全性?锂离子电池的安全失效是否可控?本文将就以上问题进行深入剖析,试图为解决锂离子电池的安全失效寻找到科学的途径和研究方向。1 为什么电池安全标准不能保证电池安全现行锂离子电池的安全性标准主要基于滥用(abuse)场景对电池进行测试,评估其热失控(thermal runaway)的概率、现象和破坏力,包括机械滥用(挤压、穿刺、跌落、撞击、振动等)、电滥用(外短路、过充电、过放电等)、热滥用(热箱、模拟火烧、热冲击等)及特殊环境(盐雾、浸水等)等。因此,这类检测通常被称为“滥用热失控(安全性)”(abuse thermal runaway)。但仔细分析锂离子电池安全性事故,会发现如下特征:①发生安全事故的锂离子电池体系和设计,之前均通过安全标准认证;②事故电池制造完成时均是合格品;③按单体电池计算,安全性事故的发生概率,例如对于Tesla所使用的松下18650型电池,其事故概率约为六百万分之一;④安全事故中电池的表现多为无征兆的自燃,大多经历数次喷燃,剧烈者甚至引起局部爆炸,而且火势较为迅猛,消防灭火手段大多数情况下无效;⑤安全性事故发生场景相对集中,除涉水、碰撞等意外事故引起的电池安全失效,目前国内报道的大多数电动汽车安全事故中,电池均处于较高荷电状态,而发生的季节以夏季为主。对于国际上较为轰动的几次电池自燃事件,事后的事故分析表明电池中均呈现出不同程度的内短路现象,而在事故之前的电池状态检测中并未检测出此类内短路。上述特征表明,大多数锂离子电池发生事故时并未处于滥用场景,而是“自引发热失控(安全性)”(field failure,self-triggered thermal runaway)。由大量工程经验和事故分析结果可知,此类安全失效大多数是由制造瑕疵(manufacturing defects,例如连接松动、隔膜损害、粉尘污染等)或是老化引起的缺陷(aging defects)偶然引发的内短路,导致电池热失控,这个称为“滥用热失控和自引发热失控”,显然具有完全不同的特征。因为导致热失控的外部诱因明确且可以量化,所以滥用热失控的特征为:①热失控的发生和结果可以预测并测量;②对所有电池有效;③具有较好的重现性,可以通过建立测试标准来进行安全性评估;④可以通过保护措施缓和或者移除外部诱因,从而改善或者避免电池的滥用热失控。自引发热失控主要由瑕疵或者缺陷导致,这些瑕疵或缺陷的本身并没有引起明显的外部信号(电、热、力等信号)特征,这使得自引发热失控具有如下特征:①热失控的诱因多样、无可探测的外部信号,因此自引发热失控尚无预测方法;②大多数电池不发生,热失控的发生是随机小概率事件;③瑕疵及缺陷形成的位置、时间和形成的过程有较大的随机性,无可复制、且不引起外部信号变化,因此无法通过测试进行评估,尚无明确的质量管理手段来完全消除;④一旦有显性的外部信号(例如电池表面温度升高、电压异常等)变化,热失控随即发生,过程很突然、很快;⑤目前所有的安全性措施,均无法消除自引发热失控的诱因。从以上分析可以看出,现行安全性测试的依据是“滥用条件”,而实际发生的锂离子电池安全性事故是无滥用条件下的“自引发热失控”,两者描述的电池安全失效场景是互补、而非因果关系,因此,锂离子电池安全性标准测试不能保证锂离子电池的安全性。自引发热失控对锂离子电池应用的影响更为重要,基于其诱因的生成和演化过程,我们认为,从可靠性方向来认识锂离子电池安全事故更为科学。2 锂离子电池安全可靠性问题根据国家标准GB—6583的定义,可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间内无故障完成规定功能的能力。对产品而言,可靠性越高就越好,产品的可靠性越高,产品可以无故障工作的时间就越长。因此,锂离子电池不发生热失控可以被认为是锂离子电池安全的可靠性问题。狭义的产品质量关注产品的功能性,具有如下特征:①描述产品的工作能力;②质量管理使用的是样本均值管理;③产品质量可以测试评估。产品可靠性实际上是以时间的方式来描述产品的质量,其经典定义是“在规定的条件下和规定的时间内满意地完成规定功能的概率”,其具有如下特征:①描述产品将会正常工作多长时间;②可靠性主要应用概率论和数理统计来管理;③产品失效个案是随机概率事件,用失效率来衡量产品可靠性。可靠性中一个重要的指标是故障(失效)率,其定义为工作到某时刻尚未发生故障(失效)的产品,在该时刻后单位时间内发生故障(失效)的概率,称之为产品的故障(失效)率。锂离子电池的安全性事故发生概率可以看作为“锂离子电池的安全性失效率”。因此,自引发热失控是可靠性问题。锂离子电池作为一个高密度的能量存储装置,能量主要以化学能的方式存储于电极材料。因此,奢求材料间的化学稳定性极高而获得安全电池的愿望是行不通的。但是作为一个产品,其安全设计可以尽可能的拓展应用边界。从上述分析可以看出,锂离子电池安全性标准是对锂离子电池产品的安全设计进行检测,而这种安全设计是否在每个产品的生产中得到有效实现、并在产品应用中被有效保持,则是可靠性的研究范畴。目前,该领域的研究工作寥寥无几。如图1所示,把锂离子电池的安全性失效诱因分为“安全设计问题”和“可靠性问题”。安全设计问题是解决“每一个电池是否安全”,而可靠性问题是解决“锂离子电池安全失效的概率是多少”,指向的是安全设计被实现的概率。图1   锂离子电池的安全性问题因此,正如汽油易燃、但汽油可以被安全使用一样,锂离子电池的安全性不能简单地用电池的热稳定性来衡量,作为一个产品,其安全性主要取决于安全设计的有效性和持久性,即可靠性。可靠性概念的引入,为认识锂离子电池的安全性研究打开了新的视角,也有望开辟相关研究的处女地。3 锂离子电池潜在的安全失效的原因分析锂离子电池发生安全事故的原因很多,且发生事故后电池被烧毁很难还原事故原因,因此只能根据推理找出锂离子电池安全性失效的可能原因。如图2所示,作者总结了6个方面的主要原因:热稳定性、负极析锂、正极金属异物、隔膜瑕疵、设计/制造缺陷和极片变形等。图2   锂离子电池发生安全性事故的主要原因锂离子电池的热稳定性可用ARC进行测试评估,是衡量锂离子电池安全性的重要手段。热稳定性好,锂离子电池的热失控发生过程就长,或者热失控的破坏性较低,甚至不发生热失控。鉴于热失控的本质是电池内部各种材料间的化学反应,因此,通过改进电池材料的热稳定性,例如正极材料包覆,可以提升锂离子电池的安全性,降低安全性事故的破坏性。负极析锂也被认为是引发锂离子电池安全性的可能原因。在大倍率充电、低温充电,或者是电池制造中的涂布偏差等均可能导致负极中析出金属锂,由于金属锂反应活性强、容易反应产热,使得电池内化学反应发生的条件阈值降低,即电池安全性降低。正极材料中的金属异物,在充电过程中会发生电解,变成离子迁移到负极,并在负极被还原形成枝晶或者反应活性较高的纳米沉积,使得电池发生内短路概率升高或者产生放热反应的条件阈值降低,最终导致电池热失控的概率变高。因此,从电池材料的制造到电池的制造均需要非常谨慎地处理可能的异物问题,以减少电池事故的发生。隔膜瑕疵是过去被常常忽略的问题。隔膜微孔的均匀性是很难通过产品质量确认的,大部分均通过电池企业的电池成品率来确认。例如:一个微孔被堵是很难被检测出来的,但是局部隔膜孔被“堵”(也可以是局部阻抗增大)可能导致局部锂金属析出,引发安全事故。设计/制造过程中引入的缺陷或瑕疵比较多,例如:切片产生的毛刺可能导致内短路,由于涂布误差导致正负极局部容量配备失衡引起的锂析出,由于卷绕电芯的掉粉导致的内短路,由于制造偏差导致的极片边缘正负极短路,由于极耳焊接导致隔膜局部收缩引发内短路等,这些问题均可以通过过程检测在生产制造过程发现,是可以被消除的安全隐患。在模组制造方面,常见的安全隐患是接线柱松动导致发热,异物颗粒刺破方壳电池外壳绝缘保护层,模组局部过热等,上述问题均可以通过在线检测及时发现。老化引起的缺陷也是电池安全事故的重要原因。对于卷绕电芯,尤其是圆柱电芯,电极在充放电过程中的体积变化使得正负极片发生相对位移,导致隔膜有被刺破的可能,进而引发内短路。在高比容量圆柱电芯中,由于极片卷绕应力非常大,更容易引发极片变形,导致内短路,最终产生严重的电池安全性事故。4 锂离子电池安全失效的测试和电池安全可靠性评估目前对锂离子电池安全失效的测试方法还处于初期探索阶段,但由于安全事故频发,如何测试一款电池的安全失效概率是一个非常值得研究的课题。基于作者的经验,本文基于如下四大类锂离子电池安全失效的潜在诱因,提出可行的安全性测试评估方法。(1)内短路。一般可以通过精密测试充放电效率和自放电率进行测试。(2)热稳定性。通过ARC等热测试及分析中得到的关键温度和时间,解析电池热稳定性变化原因和变化程度。(3)锂析出。测试低温和常温倍率的锂析出边界条件。(4)极片异常。利用CT扫描测试新电芯和循环老化电芯。通常的测试需要多样品(例如64)平行测试,进行统计分析。设定每种测试的评分标准,加权计算出测试样品的失效率,依此对电芯按可靠性进行评估。由于测试数据与电池的事故率之间很难建立联系,建议可以采取相对测试评估的方法。利用知名品牌的新电芯的测试结果为基准,把测试评分结果进行相对比较,就可以把不同电芯的安全可靠性进行排序。5 降低电池安全事故风险和减少事故损害在电池安全性事故不能完全消除的情况下,可以在模组和系统层面上采取一定措施,尽量减少安全事故的发生和减少事故的损害。例如模组设计进行很好的热均衡,避免局部过热,用高导热的石墨烯导热膜对电芯进行导热,延缓电芯温度上升,可以在一定程度上减少热失控的发生。通过电芯间加纳米纤维隔热膜,延缓电芯之间的热失控蔓延,降低系统热失控的烈度,可以很大程度上减少热失控对系统的损害,或者给热失控的处置(人员撤离)赢得足够时间。通过散热设计及灭火系统,将电池喷射物的出口温度降低至低于闪点,或者阻止外部助燃气体(空气)与电池喷射物的接触,也可以显著降低系统热失控的破坏性。6 结 语锂离子电池的自引发热失控是电动车安全事故的主要原因之一。提高电池的安全性,除了关注电池材料本征热稳定性和系统被动防护技术外,更应该加大锂离子电池安全可靠性的研究力度。基于锂离子电池安全失效的潜在诱因,可以通过改善电池材料及制造工艺改进降低电池热失控事故概率;通过模组/系统防护设计可以降低安全事故的损害。以高品质的电芯产品为基准,通过电芯性能、热特性、一致性等方面的综合对比,可以相对地评估电芯的安全可靠性。致谢感谢中美清洁能源中心(CERC-CVC)的支持。引用本文: 王莉,谢乐琼,田光宇等.锂离子电池安全事故:安全性问题,还是可靠性问题[J].储能科学与技术,2021,10(01):1-6.WANG Li,XIE Leqiong,TIAN Guangyu,et al.Safety accidents of Li-ion batteries:Reliability issues or safety issues[J].Energy Storage Science and Technology,2021,10(01):1-6.第一作者:王莉(1977—),女,博士,副研究员,研究方向为能源材料,E-mail:wang-l@tsinghua.edu.cn;通信作者:何向明,研究员,研究方向为先进二次电池及材料化学,E-mail:hexm@tsinghua.edu.cn。

作者: 王莉 何向明等 详情
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3月动力电池装机量环涨61.3% 磷酸铁锂电池增速

近期中国汽车动力电池产业创新联盟发布2021年3月数据。数据显示,我国3月动力电池装车量为9.0GWH,同比上升224.8%, 环比上升61.3%,装机量整体同环比均呈现大幅上涨的趋势,市场回暖明显。而从材料类型划分来看,3月我国动力电池市场三元电池仍然占据主导地位,三元电池共计装车5.1GWH,同比上涨129%,环比上升53.1%。而磷酸铁锂电池装车3.9GWH,同比上升627.9%,环比上升73.7%。从趋势上而言,磷酸铁锂电池装机量在2020年12月达到了顶峰,月度装机量提升至6.3GWH并反超三元电池。主因去年12月因政策刺激及需求带动,商用车需求放出巨量当月装机3.4GWH,有效提升磷酸铁锂电池整体市场份额。不过该类型电池在今年的1,2月份经历了连续两个月的大幅下跌,时至二月仅余12月装机量的三分之一,2.24GWH左右。主因比亚迪汉等车型因即将发布新车型导致需求推迟及春节假期抑制购车需求,导致主打中低端的A00级车型销量大幅下滑。三元电池走势类似,不过无论涨跌趋势均更加缓和。而本月磷酸铁锂电池整体市场份额小幅回升,较上月的市场占比40.2%提升了3个百分点,至43.2%,这也是磷酸铁锂电池市场份额占比连续第二个月上升。而从累计方面看,第一季度中国动力电池装机量达到了23.24GWH,同比增长308%,其中三元电池装机量达到13.82GWH,同比增长220%,磷酸铁锂达到9.39GWH,同比涨幅更是达到了603%。动力电池市场整体增幅明显,而随着我国新能源汽车市场后续的持续放量,新能源新一轮下乡活动的开展,国内广大中小城市的中短途需求被进一步挖掘,搭载铁锂电池的A00级车型需求或迎来进一步的增长,同时叠加比亚迪等车企因为成本或工艺更多选择铁锂电池,其市场份额或进一步扩大。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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Li-Cycle公司计划在亚利桑那州建商业化锂离子电池回收工厂

据外媒报道,总部位于加拿大的锂离子电池回收商Li-Cycle公司计划在美国亚利桑那州建立其第三家电池处理和回收工厂。该公司已经在加拿大安大略省和纽约州各运营一家电池回收工厂。Li-Cycle公司在一份新闻稿中表示,将建立一座商业化运营的电池回收工厂,该工厂将能够处理亚利桑那州吉尔伯特市的1万吨报废电池和电池制造商生产废料。该公司已开发出一种机械还原和湿法冶金“两步过程”工艺,可以在现有设施中将任何类型的废锂离子电池转化成“黑团(black mass)”,这是一种含有电池不同金属材料的混合物。然后将其从休斯敦、安大略、罗切斯特、纽约和吉尔伯特的加工厂输送到该公司所谓的“枢纽”处理设施再次加工成电池材料。Li Cycle的首个枢纽设施将于2022年在纽约州北部的罗切斯特建成。Li-Cycle公司联合创始人兼执行董事长Tim Johnston说:“我们在亚利桑那州回收工厂将建设两条每年处理能力5000吨生产线,将使我们在北美地区的总回收能力翻一番。随着我们继续执行全球增长计划,并扩展可持续、安全和创新技术,枢纽设施的建成将标志着另一个重要的里程碑。”亚利桑那州州长Doug Ducey对Li-Cycle公司的投资计划表示欢迎,他表示,Li-Cycle公司是亚利桑那州的科技生态系统中一个很受欢迎的新成员。亚利桑那州商业管理局首席执行官兼总裁Sandra Watson声称该州是Li Cycle公司在美国西部建设电池回收设施的理想的地点。Watson说:“Li-Cycle公司的先进技术满足了不断增长的电池供应链需求,同时提供了一种环保的电池回收解决方案。”Li-Cycle公司声称其工艺技术可以实现电池材料的95%回收率。该公司目前正通过与特殊目的收购公司(SPAC)Peridot acquisition公司合并,在纽约证券交易所上市,以帮助其扩大业务规模,包括筹集约1.75亿美元为纽约“枢纽”设施的建设提供资金。根据计划上市的职责,Li-Cycle公司于3月下旬向美国证券交易委员会(SEC)提交了F-4表格,其中列出了其财务状况和未来发展计划。这份材料详细说明了该公司知识产权以及早日进入商业锂电池回收领域的地位,从而使其在未来几年内将变得极具竞争力的电池回收市场中处于有利地位。ABTC公司表示,其计划在内华达州芬利建设的工厂建设现场的岩土工工程勘察工作已于今年3月在向地方当局提交许可计划之前进行。竞争对手获得资金在内华达州建设年产2万吨内华达试点工厂据报道,Li-Cycle公司竞争对手之一ABTC公司日前表示已获得融资,用于建设一个年产2万吨的锂离子电池回收试点设施。该公司已于去年8月在内华达州芬利市开工建设其试点工厂。ABTC在该州还拥有开采锂资源权利,该公司的扩展战略包括三个关键要素,即电池回收、提取技术和开采锂资源。该公司希望在美国建立无害环境和循环的价值链,致力回收电动汽车、固定的储能系统、消费电子产品的废旧电池。该公司日前表示已与现有股东达成了普通股购买协议和注册权协议。该公司首席财务官David Corsaut说,“这笔投资对我们来说是重大的一步,使我们能够完成2021年的所有目标”。该公司首席技术官Ryan Melsert说:“这对我们公司来说是一个重要的里程碑,因为我们将在未来几个月内完成锂离子电池回收试验工厂的建设和调试。在这一过程中,我们将面临很多挑战,但是,由于这项股权投资协议能够完全满足我们对这个试点工厂的所有资本需求,从生产设施建设和基础设施建设到购买设备,再到集成和运营。”

作者: 刘伯洵 详情
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铅酸蓄电池采用哪种方式充电

铅酸蓄电池常见的充电方式有恒流充电、恒压充电、浮充电、过充电等几种。充电时一般分为两个阶段进行;第一个阶段看铅酸蓄电池容量设定,容量大一些的充电电流可以选择大一点的,例如60~100Ah蓄电池可以选择充电电流为夏季一般用10A充电电流;其他季节用15A充电电流,充电6~10h左右。当铅酸蓄电池电压升到最大值(即6V蓄电池升至7.5V,12V蓄电池升至15V,24V蓄电池升至为30V)时,第一阶段充电结束。第二阶段以第一阶段充电电流的1/2继续充电3~5h,使蓄电池升至(6V升至7.8V,12V电压升至15.5V,24V电压升至为30V)即可。当蓄电池充足电时,蓄电池电压上升至额定值,电解液密度不再变化,极板周围有剧烈的气泡冒出。蓄电池充电注意事项如下a.严格按规范要求操作。b.当电解液温度超过40℃时,应降低充电电流;当温度上升至50℃时应停止充电,并采取人工冷却。c.充电时一定要将加液盖打开,充电后要过一段时间再盖盖,以剩于气体从蓄电池中逸出。d.充电电路中各接头要接牢。正确放电。当蓄电池充足电时,即可放电。正确掌握放电深度是保证蓄电池良好工作状态、延长使用寿命的关键。因此,在放电过程中,应定时检查放电电压、电流,电解液密度、液温等数据,分析和确定放电深度,并适时充电。蓄电池的放电容量随着放电电流的增大而急剧减少。若在10h放电率时蓄电池的容量为100%,则在3h放电率时蓄电池的容量减少为75%。因此,不同用途的蓄电池使用不同的放电率(放电电流)。当蓄电池整体电压降至2.1V,电解液密度降至1.18g/cm时,应停止放电,以防蓄电池深度放电造成损坏。再者,当发现蓄电池出现以下情况时,应对蓄电池进行过充电,以使其恢复正常使用:a.24V蓄电池放电至电压为21V以下;b.放电终了后停放1~2昼夜未及时充电;c.电解液混有杂质;d.极板硫化。过充电的方法是,正常充电终了后,改用10h放电率的一半电流继续充电,在电压和电解液密度均为最大值时,每小时观察一次电压和电解液密度。若连续观察4次均无变化,而极板周围冒气泡剧烈,即可停止过充电。在正常情况下,铅酸蓄电池的维护、保存比镉镍蓄电池简单得多,铅酸蓄电池的使用寿命为8~10年,若使用维护不当,其寿命大打折扣。铅酸蓄电池的正常参数为:电解液的密度为1.285g /cm ³(20℃),单个单格电压为2.1V。使用和维护铅酸蓄电池充要注意以下事项①接线应正确,连接要牢靠。为了防止扳手万一搭铁而造成蓄电池损坏,安装时应先接负极,再接两蓄电池间的连接线,最后接搭铁线。拆下蓄电池时,则按相反顺序进行。②每周检查一次蓄电池各参数。电解液液面要始终高于极板10~15mm。发现电解液液面下降,要及时补充蒸馏水,切勿使被板露出液面,否则将损坏极板。电解液不够时,只能加蒸馏水,严禁使用河水、井水、自来水,严禁加浓硫酸,否则会因电解液密度过大而损坏蓄电池。③要根据地区和气温变化,及时调整电解液密度。在气温较高的地区采用密度较小的电解液;寒冷地区则电解液密度宜大些,以防结冰。④平时应经常观察蓄电池外壳是否破裂,安装是否牢靠,接线是否紧固。及时清除蓄电池表面的污垢、油渍,擦去蓄电池盖上的电解液,清除极桩和导线接头上的氧化层,保持蓄电池表面清洁干燥。蓄电池表面太脏,会造成极间缓慢放电,损坏蓄电池。蓄电池极桩处应涂凡士林油保护,防止氧化及生锈。应拧紧加液孔盖并疏通盖上的通气孔。⑤当单个蓄电池电压低于1.8V或电解液密度低于1.15g/cm³时,不要再继续使用,应及时充电。每次充电必须充足,防止欠充电。使用中应尽量增多充电机会,经常保持蓄电池在电量充足的状态下工作。完全放电的蓄电池应在24h内充好电。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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2021年中国铅酸蓄电池行业发展现状与供需情况分析

自2003年开始在铅酸蓄电池行业实施工业产品生产许可证制度以来,国家对于铅酸蓄电池行业制造及回收出台了一系列的环保政策、标准,环保和行业准入等政策的严格执行有利于铅酸蓄电池行业集中和产业升级。目前随着我国经济增长方式的转变,国家对铅酸蓄电池行业的环保要求将日益提高。近年来,我国铅酸蓄电池产量较为稳定,但随着5G网络建设的加速推进,铅酸蓄电池劣势逐渐显现,在通信领域的需求将有所下降。多项政策颁布规范行业发展近年来,我国相继颁布多项政策规范铅酸蓄电池行业的发展,调整产业结构,淘汰落后产能企业,提高行业的准入门槛,加强对行业污染的整治力度。2017年以来,国家对中国铅酸蓄电池行业政策制定,主要有两条主线。一条主线针对废铅酸蓄电池的回收利用税收政策的制定,制定的原因在于,传统再生铅企业税收均在11%左右,而民间铅回收企业税收仅为2%-4%左右,甚至有个别企业,将新电池发票当做销售旧电池的进项做了抵扣。上述现象不仅让国家损失了税收,还让铅酸蓄行业出现了“劣币驱良币”的现象。在这条主线下,《危险废物经营许可证管理办法(修订草案》明确了,采用3%低税率扶持政策,从税收的角度合理控制国家废铅酸蓄电池回收税源的规定,2019年1月所颁发的《铅蓄电池生产企业集中收集和跨区域转运制度试点工作方案》则进一步规范了铅酸蓄电池的回收流程。另一条主线,是技术主线,体现在国家对铅酸蓄电池标准的制定上—。2018年,主管部门发布《电池新国标》,明确了铅酸蓄电池行业“轻量高能”技改方向,并将此作为推动电动自行车新国标的一个辅助管理手段。随后,《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池》发布,明确了铅酸蓄电池行业“轻量高能”技改方向,并将此作为推动电动自行车新国标的一个辅助管理手段。行业发展形势严峻,而且从目前部分前线电动自行车经销商的反馈可以预知,未来的相关管控将更为严格,行业环境也将更为严酷。近年来铅酸蓄电池产量较为稳定近年来,我国铅酸蓄电池产量较为稳定,均维持在20000万千伏安时以上。根据中国轻工业信息中心公布的数据显示,2019年我国铅酸蓄电池产量为202489万千伏安时,同比增长4%,2020年,我国铅酸蓄电池产量为22736万千伏安时,同比增长12.28%。从结构上看,国内铅酸蓄电池产量主要集中于浙江、湖北和河北,这三个地方的铅酸蓄电池产量约占全国总产量的55%;此外,江苏、安徽、广东三地的铅酸蓄电池产量占比均超过5%,其余地区铅酸蓄电池产量均小于5%。国内铅酸蓄电池产量最高的省份是浙江省,占全国铅酸蓄电池总产量的30%;其次是湖北省,占比为13%;河北省的产量位居第三,占比为12%。通信领域铅酸蓄电池需求将下降通信领域用铅酸蓄电池是通信网络中的关键基础设施,主要用于通信交换局、基站供电的直流系统等。2019年被认为是5G发展元年,主流运营商纷纷加速5G网络部署。2020年以来,我国政府密集部署5G等新基建项目,国内将领先全球,迅速推进5G网络建设,2020年1月26日,工信部发布数据,2020年全年我国新开通5G基站超60万个。同时,这也对基站用电池提出更高要求,铅酸蓄电池劣势逐步显现,各运营商开始纷纷转向锂电池。与4G基站采用的铅酸蓄电池相较,磷酸铁锂电池在安全性、循环寿命、快速充放等方面具备明显优势,可减少对市电增容改造的依赖,降低网络建设和运营成本,是目前最适合国内5G基站储能电池的技术路线。业内人士指出,通信基站后备电源电池由磷酸铁锂电池逐步替代铅酸蓄电池是大势所趋。从技术层面分析,磷酸铁锂电池循环寿命长、充放电速度快、耐高温性能强,能为5G基站降低运行成本、提升运行效率。一般铅酸蓄电池循环寿命为3-5年,充放电次数为500-600次,而磷酸铁锂电池循环寿命达10年以上,充放电次数为3000次以上,也就是说,在基站全生命周期内,如使用铅酸蓄电池,需要更换电池,而磷酸铁锂电池则无需拆换。虽然现阶段磷酸铁锂电池成本费用比铅酸蓄电池高1-2倍,但在5000次循环系统使用寿命下,磷酸铁锂电池成本费用仅为铅酸蓄电池的1/3。从长期运行经济效益来看,磷酸铁锂电池使用成本更低。由于国家政策的大力支持,例如新国标引发电池“轻量化”,直接减少对铅的用量。而锂电梯次电池逐渐替代铅蓄电池,2020年中国铁塔将完全不使用铅蓄电池。较早之前,中国移动通信集团有限公司也发布公告,计划采购不超过25.08亿元的通信用磷酸铁锂电池共计6.102亿Ah(规格3.2V)。公开资料显示,2020年,新建及改造的5G基站磷酸铁锂需求量约10GWh,未来磷酸铁锂电池市场需求仍将持续增加,铅蓄电池需求量将继续下降。一般国内通信基站电池的使用寿命为5年,按照一个基站配备2组48V400Ah铅酸蓄电池计算,每个基站的需求为38.4Kvah。因此,前瞻测算,2020年,我国通信领域新增基站用铅酸蓄电池需求规模进一步下降至2304万千伏安时。注:由于统计局及相关行业协会仅统计每年铅酸蓄电池的产量,前瞻根据国家统计局提供的铅酸蓄电池的产量数据以及通信行业发展趋势,对通信领域新增基站用铅酸蓄电池的需求规模进行测算,此为测算数据。但是,尽管磷酸铁锂电池已在5G基站中广泛应用,其应用技术也已达到现有5G基站备用电池标准,但想要实现磷酸铁锂电池在基站中的规模化应用还有待时日。现有铅酸蓄电池还没有全部退役,磷酸铁锂电池想要全部替换铅酸蓄电池至少还需5-8年时间。此外,磷酸铁锂电池的回收技术门槛高、回收流程复杂、回收价值有限等问题也限制了磷酸铁锂电池的规模化发展,铅酸蓄电池回收工艺成熟,且其回收流程简单,具备一定的经济性。所以,整体来看,锂电化会在部分应用场景中成为趋势,但在用电量大、安全性要求高的场合,铅蓄电池仍有着不可替代的优势,但随着锂电池技术、安全性的不断提高,锂电池对铅酸蓄电池的替代将越来越明显。整体来看,在通信领域,我国基站用铅酸蓄电池需求规模将逐步下降,但要实现锂电池对铅酸蓄电池的完全替代,还需要一定的时间。

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美国能源部发布的“储能大挑战”报告(三):锂离子电池和铅蓄电池

中国储能网讯:二.锂离子电池技术锂离子电池广泛应用于固定储能市场和交通运输市场,它们也是消费电子产品中的主要电源。多家琛分析机构预计,锂离子电池在未来10年内仍将占据储能部署的大部分市场份额。储能技术正在从铅酸电池过渡到具有更长的循环寿命和工作寿命的电池,例如锂离子电池。但是,锂离子电池的易燃性是需要在系统工程设计进行改进的问题。而普鲁士蓝类钠离子电池是另一种提供高功率和极长循环寿命的新型电池,可以满足苛刻的直流应用性能要求。美国能源部为此为开发和生产这种电池的一家初创公司提供了资助。1.锂离子电池市场锂离子电池市场是增长最快的可充电电池市场。从2013年至2018年,锂离子电池在所有市场的全球销售额增长了一倍以上。交通运输行业在锂离子电池市场上占主导地位,也是增长最快的行业,各种汽车采用了60%的锂离子电池。根据Avicenne公司发布的调查报告,全球锂离子电池市场规模在2018年为400亿美元,如图9所示,这相当于在全球部署172GWh的电池储能系统,到2019年增至195GWh。几家分析机构预测未来十年的锂离子市场发展趋势。其基本假设以及分析中包括的市场取决于具体的来源。本节概述了这些分析和假设。图9.全球锂离子电池在未来10年在各种市场的应用图10. 彭博社新能源财经公司对锂离子电池在全球各地市场的部署预测图11. Avicenne公司对锂离子电池在全球各地市场的部署预测彭博社新能源财经公司(BNEF)和Avicenne公司预测了2030年全球所有市场的锂离子电池部署情况,分别如图10和11所示。彭博社新能源财经公司预测,锂离子电池在全球消费类电子产品、固定储能市场和运输领域的应用将超过2TWh。Avicenne公司的预测涵盖了以下两种情况的市场以及其他市场(例如医疗设备和电动工具),而两项研究中,都认为交通运输行业将采用90%以上的锂离子电池。彭博社新能源财经公司(BNEF)预计到2030年运输行业采用的锂离子电池容量将达到1.8TWh,而Avicenne公司预计到2030年运输行业采用的锂离子电池容量将达到0.7~1.0TWh。国际能源署(IEA)发布的《2020年全球电动汽车展望》报告只评估了交通运输行业,并按国家和地区预测了混合动力和插电式混合动力电动汽车(xEV)的销量。评估的第一种情况是“既定政策,并基于当前的目标、计划和政策措施。此方案包括各国实现的混合动力和插电式混合动力电动汽车(xEV)部署目标、燃油车辆淘汰计划、购买激励措施,以及针对全球七个主要市场(美国、欧盟、中国、日本、加拿大、智利、印度)。还考虑了原始设备制造商发布的有关扩大混合动力和插电式混合动力电动汽车(xEV)车型范围的计划以及扩大其产量的计划的公告。根据国际能源署(IEA)发布的STEPS方案,到2030年,全球车辆所需的锂离子电池容量为1.6TWh,这与彭博社新能源财经公司(BNEF)估计的1.8TWh相似。图12和图13分别按移动性细分和区域详细说明了国际能源署(IEA)的STEPS方案。如图12所示,轻型车辆是采用移动式锂离子电池的最大类别。而中国拥有最大的移动锂离子电池市场,如图13所示。图12.根据国际能源署(IEA)STEPS情景下预计的全球锂离子电池部署量(按车辆类别:电动客车、轻型车辆、中型和重型车辆)图13.根据国际能源署(IEA)STEPS情景下预计的全球锂离子电池部署量(按地区)锂离子电池容量是根据全球汽车销售量(按类别)以及每种汽车的典型车载电池尺寸估算得出的。国际能源署(IEA)还评估了第二种方案“可持续发展方案”,该方案假设混合动力和插电式混合动力电动汽车(xEV)占据了全球轻、中、重型车辆和公共汽车的30%的汽车销售份额。在这种情况下,到2030年可以增加多达3TWh的锂离子电池容量。图14比较了国际能源署(IEA)的这两种情况。图14. 根据国际能源署(IEA)STEPS情景下,在xEV行业中预计的全球年度锂离子电池部署量尽管有许多其他预测,但欧洲电动汽车市场规模在2020年首次超过了中国,预计2020年将超过100万辆电动汽车。这种增长与欧洲的持续政策和补贴有关,而中国则减少了其电动汽车补贴。例如,德国已设定了到2030年生产710万辆电动汽车的目标,并为每辆新型电动汽车和混合动力汽车提供最高9000欧元的补贴。德国还将在电池的研究和生产上投资超过15亿欧元,计划到2025年开始扩大生产规模。为了支持电动汽车市场的快速扩展,许多厂商都在投资电动汽车充电基础设施。全球电动汽车充电端口目前超过了100万个,这是过去三年总和的两倍。欧洲是电动汽车市场扩张的领头羊,其电动汽车充电基础设施在2017年至2020年之间增长了五倍。在同一时期,中国增长了158%,美国的增长了65%。而在氢燃料电池汽车方面进行了大量投资的日本只增长了30%。与交通运输行业的增长相比,固定储能增长比较平缓。这通常是因为可再生能源通常是成本最低的发电来源,但是需要存储其电力以减缓可变性。而美国是全球固定储能部署的领导者。例如,在太阳能发电设施替代装机容量为9GW的天然气发电设施之后,加州电网估计需要部署装机容量为12GW的储能系统进行平衡。到目前为止,加州公用事业委员会已批准了装机容量总计为5.1GW的电池储能系统,计划到2022年完成部署。2.锂离子电池的制造图15.全球锂离子电池生产区域如图15所示,全球锂离子电池制造的大部分都在中国、美国、亚洲其他国家和欧洲各国。如今,中国以将近全球电池产能80%(电池容量为525GWh)占据市场主导地位。此外,到2025年电池产能将达到1400GWh,其市场占有率超过60%(图16)。相比之下,美国落基山研究所预计2023年全球锂离子电池的生产能力为1300GWh,其中一半在中国。图16.  计划建设(蓝色)或在建(红色)的锂离子电池制造工厂生产能力美国是全球第二大电池生产国,其电池生产能力为当前全球电池生产容量的8%,这主要归功于内华达州运营的特斯拉和机松下公司合资的电池工厂。而如今美国正在建设更多的电池生产工厂,而凭借积极的新法规和政府支持的融资,欧洲的电池制造业有望显著增长。尽管当今中国在电池制造业中已经确立主导地位,但由交通运输行业推动的增长可能会改变未来的全球足迹。欧洲为在本地和区域性增长制定了强有力的政策和激励措施。欧洲电池联盟预测,到2025年,欧洲的电池制造行业规模可能达到2500亿欧元。目前,计划在法国的杜文市和德国的凯撒斯劳滕建设两个大型生产工厂,这些工厂可以为100万辆电动汽车生产电池。法国和德国在电池生产的投资分别为15亿欧元和35亿欧元。图17和图18总结了锂离子电池的四个主要部分的整体制造能力:阳极、阴极、电解质盐和电解质溶液。目前,锂离子阳极主要由石墨组成,并主要由五个国家生产:中国、日本、美国、韩国和印度,分别占到全球产量的76%、13%、6%、4%和1%。锂离子阴极在9个国家和地区生产,其组成随着新的低钴化学技术的发展而变化。超过一半(58%)在中国制造,其次是日本和韩国,它们分别占近17%。美国生产的阴极不到全球的1%。中国制造占多数。图17.全球锂离子电池组件制造分布电池和原料(例如金属)的供应和精炼以及各种锂离子化学物质的分配是锂离子市场上的重要考虑因素,但不在本文档的范围之内。3.锂离子电池研发美国能源部车辆技术办公室已经确定了xEV电池(以及12V起停动力电池)的商业化所面临的主要挑战:成本、性能、寿命、耐受性、回收利用和可持续性。针对这些改进的关键研究领域包括:•快速充电能力•硅阳极•高能的低钴阴极•高压阴极•高压电解液•锂金属阳极•固态电池•电池回收。图18提供了xEV锂离子电池的成本和技术发展趋势。图19概述了候选电池技术及其满足美国能源部(DOE)成本目标的可能能力。由于不同电池技术的差异很大,电池研究还包括多个活动的重点是解决整个电池供应链中的高成本领域。图18.电动汽车锂离子电池的成本和技术趋势图19.未来各种电池技术成本降低的潜力三、铅酸电池铅酸电池如今已经广泛应用在交通运输和固定储能市场用,主要为所有类型的公路和越野车辆提供SLI服务。此外,铅酸电池大量应用在工业部门,其中包括电信行业备份电源、UPS和数据中心以及叉车。如今,用于电网相关储能系统的应用量相对较少。1.铅酸电池市场2013~2018年,全球铅酸电池年销售额增长了20%以上,达到370亿美元。目前,铅酸电池占到所有可充电电池市场的70%以上;铅酸电池销售额的75%来自汽车SLI领域。江森自控公司以233亿美元的销售在汽车行业占主导地位。而Enersys公司以142亿美元的销售额在工业行业中领先。图20和图21分别以应用场合和行业销售额(10亿美元)与储能容量(GWh)的比例展现当前的全球铅酸电池市场情况。图20.按应用划分的2018年全球铅酸电池部署量(%GWh)图21.按公司划分的2018年铅酸电池销售量Pillot 公司预测,到2030年,铅酸电池需求将以5%的年增长率增长(如图22所示)。尽管铅酸电池目前是固定和运输应用(对于SLI)中最常见的电池,但预计到2025年它们的储能容量(GWh)仍将领先,但可能会滞后于销售额。希望在2020年及以后,轻度混合动力和启停混合动力汽车将成为高级铅酸电池的增长领域。图22.预计全球所有市场的铅酸蓄电池需求预计到2025年,新车的销售量将使铅酸电池需求可能小幅增长,届时其增长将趋于平稳(如图23所示)。由于更换电池的时间比较频繁(最短的工作寿命为3年),尽管中型和重型车辆的电池规模更大,但由于它们在总销量中的显著优势,所有SLI应用(GWh)中有70%以上都来自轻型车辆(如图24所示)。图23.彭博社新能源财经公司预计各地汽车销量中铅酸电池产能的增长图24.按类别划分的汽车销量预计铅酸电池产能增加量用于混合动力汽车起停(12V)的铅酸电池是铅酸电池市场潜在的增长领域。微型混合动力汽车比传统汽车节省5%的燃料,其价格比全混合动力电动汽车便宜10倍。如图25和26所示,2017年是固定储能市场铅酸电池快速增长的元年。图25表明,其增长主要是由中国的强劲市场需求推动的,欧洲也有一些增长,而美国的增长则很少。图26详细说明了应用领域细分情况。在2017年之前,固定市场主要是与电网相关的应用,此外工业用途也推动了爆炸性增长。铅酸电池行业厂商认为,基于技术进步和市场发展,铅酸电池在未来的固定式储能市场中仍然具有巨大的商机,其中包括:·投资于电池双极设计以增加能量密度,并降低成本。·用户侧储能和其他对安全至关重要的应用。·电信行业将在发展中国家发展,并用于5G技术的部署。图25全球铅酸电池市场增长主要是由中国的强劲需求推动(2008年~2020年)图26  铅酸电池在各种领域的应用(2008年~2020年)2.铅酸电池在美国的生产在美国,铅酸电池行业的年产值为263亿美元。它们在美国国内生产,并且99%被回收。铅酸电池在美国18个州生产。此外,美国有10个州有电池回收设施,有9个州拥有技术开发设施,还有10个州的公司为铅酸工业提供原材料(例如石墨)或设备。铅酸电池行业已经在美国38个州创造了近25,000个工作岗位(制造。回收、运输、分配和采矿)。图27和28分别显示了美国电池制造设施分布和创造的就业机会。图27.美国铅酸电池行业及相关产业分布图28美国各州与铅酸电池行业相关的工作分布

作者: 刘伯洵编译 详情
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圣阳电源相继中标中国移动、中国电信两大运营商铅蓄电池集中采购项目

2020年12月3日,中国移动公示了2020至2021年度Ⅰ类铅酸蓄电池产品集中采购项目中标结果,圣阳电源顺利中标,获得约33.8万KVAh份额。12月17日,中国电信公布了普通型阀控式密封铅酸蓄电池(2020年)集中采购项目中标结果,圣阳电源再次顺利中标,获得约30万KVAh份额。至此,2020年两大通信运营商铅蓄电池重要收关招标项目中,圣阳电源均获得客户高度认可,成功中标。圣阳电源将持续为客户提供优质产品和满意的服务,不断提升运营商服务质量,保持客户持续满意。圣阳电源作为国内通信市场备用电源领域的主流供应商,是国内成立时间最早的专业电源制造企业之一,有幸见证并深入参与了国内通信行业的快速发展,并随着国内通信行业及运营商的发展而不断壮大。近年来针对运营商不同工况的不同备电需求,公司依托于30年的行业经验与技术积累,以国家级企业技术中心、博士后科研工作站、CNAS实验室等技术平台为支撑,持续推进技术创新和产品进步,为客户提供更适合实际需求的一体化电源产品解决方案。公司具备覆盖全国的、优良的销售服务网络,持续提供优质的售前、售中、售后等全过程、全方位的7*24小时的技术服务支持。公司以最具性价比的产品和优质的服务践行“关键时刻、值得信赖”的企业理念,本次集采结果也是运营商客户对圣阳电源的又一次高度认可!圣阳电源作为国内领先的绿色能源供应商,秉承“以客户为中心、为客户创造价值”的经营宗旨,以变革创新为动力,面向海内外市场,向客户提供储能、备用、动力、系统集成电源产品和定制化解决方案,是行业内唯一荣获 “中国出口质量安全示范企业”称号的企业。即将到来的十四五,在“新基建”背景下,圣阳电源以专业化、智能化为方向,夯实产业能力,为通信运营商提供更加安全可靠的产品和电源解决方案,助力新基建建设,为建设数字中国贡献力量!

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南都电源预中标中国电信铅酸蓄电池集采项目

今日,中国电信发布普通型阀控式密封铅酸蓄电池(2020年)集中采购项目中标候选人公示,南都电源为第一中标候选人,投标报价(价税合计)9.46亿元,公示期为2020年12月18日至21日。(证券时报)

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宝马摩托车全球推荐使用猛狮科技(DYNAVOLT)启动电池

近日,在宝马集团(https://www.press.bmwgroup.com/global/registration)的网站,刊登了题为BMW MOTORRAD WORLD TEAM RECOMMENDS DYNAVOLT BATTERIES的文章,文中,宝马车队经理肖恩•缪尔和马克•邦格斯都对猛狮表示了由衷感谢。肖恩表示,在新冠肆掠的2020,如果没有猛狮的支持,车队几乎无法参加今年的WSBK,猛狮在宝马车队中扮演着极其重要的角色,他和他的团队都非常感激猛狮在2020赛季给予的赞助和支持,也期待来年更加深入和密切的合作。马克说,在世界级的摩托赛事上,每一个细节都是成功与否的关键。猛狮提供了可靠、高端的产品,是赛车电池领域的完美伙伴,而想要取得成功,这样强大可靠的合作伙伴必不可少。我们欣赏并赞赏这种合作,并借此机会表示感谢。感谢猛狮!期待扩大我们在赛车和产品方面的合作。熟悉WSBK的人都知道,宝马在2012年曾一度退出WSBK,去年才重回赛道,也是在去年,猛狮开始与宝马车队的合作,并与宝马车队携手走过了两个赛季。在接下来的2021,猛狮也会继续保持对车队的支持,强强合作,定能碰撞出最精彩的火花。比赛用车 BMW S1000 RR赛场精彩瞬间作为国内最早一批做摩托车起动电池的企业,高端电池制造一直是猛狮的核心业务之一。从初入摩托车电池行业,到成为国内摩托车蓄电池出口量最大的领军企业,猛狮科技以独到的眼光在电池制造业创造出属于自己的一片天地,并将“中国制造”推向了国际市场。目前,猛狮科技的摩托车电池产品主要分为三种产品类别,第一类是胶体电池,第二类是具有干荷性能的免维护电池,第三类是普通干荷电池。在行业内,猛狮的摩托车电池产品在性能上具有明显优势,从制造技术和质量管控上都具有世界一流水准。本赛季宝马车队搭载的正是猛狮科技诸多电池产品中的一款——MG52113。这是一款适应于BMWK1600GT、R1200RT、R1100RS、R1150等高端车型的起动胶体电池,对应业内的型号是51913(20HR@19Ah),为保证这款高端产品能获得更高的性能,猛狮设计此款产品为(20HR@21Ah),-18℃CCA 高达310A,远超同业竞品各项性能指标。2021年WSBK赛季即将拉开帷幕,我们也将为大家持续带来赛事精彩报道。WSBK简介世界超级摩托车锦标赛World Superbike Championship,也简称为WSBK,始于上世纪70年代的美国。作为摩托车顶级赛事之一,其迷人之处就在于它所使用的赛车,都是市场上能买到的超级跑车,稍微进行改装就可参赛,普通车迷即使不参赛也可到赛场领略驾驶的乐趣;另外这种比赛的广告效应十分强烈,各大厂家不惜血本进行投入和宣传,这样WSBK越来越受到车迷和观众的喜爱,不断发展壮大。WSBK的赛制采用一场二节制,中间有休息时间,可对赛车修理和调校。比赛后用两节时间相加排出名次,并累计积分,全年积分最高者为年度总冠军,积分最高的车队为年度冠军车队。

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亿纬锂能去年锂离子电池营收66.70亿,营收占比81.73%

4月19日,亿纬锂能发布2020年年度报告,公司去年持续夯实主营业务发展,实现营业总收入81.62亿元,与上年同期相比增长27.3%;基于参股公司思摩尔国际非经常性和非现金项目计提的影响,归属于母公司股东的净利润为16.52亿元,比上年同期增长8.54%;如不考虑上述计提的假设条件下,则归属于母公司股东的净利润为21.91亿元,比上年同期增长43.93%。公开资料显示,亿纬锂能主要业务是消费电池(包括锂原电池、小型锂离子电池、三元圆柱电池)和动力电池(包括新能源汽车电池及其电池系统、储能电池)的研发、生产和销售。其中,报告期内,消费电池业务实现营业收入40.98亿元,与上年同期相比下降4.85%,主要原因是:2019 年,基于政策驱动,应用于ETC行业的锂原电池销售集中,实现快速增长;2020年,此部分市场需求趋于平稳;且受外部环境影响,传统应用领域的部分订单延迟交付。在锂原电池方面,继续在智能表计、智能安防、智能交通、共享经济等市场领域发挥全球领先优势,进一步抢占市场空间。在小型锂离子电池方面,通过推进技术升级、工艺优化及自动化产线建设等工作,产品的生产效率和盈利能力得到明显提升。尤其是豆式电池,完成了以无人化操作为基础的全自动化产线建设。在报告期内,主要应用于TWS的豆式电池出货规模增长明显;同时市场开发工作取得重大成果,与国内外知名品牌大客户形成稳固的合作关系。在三元圆柱电池应用领域,电动工具、两轮电动车等下游市场需求旺盛,实现了较高幅度的增长,对公司的业绩增长做出了重要贡献。报告期内,公司在工具及小型动力领域均进入国际和国内一流客户体系,形成稳定批量交货,进一步巩固了在工具市场和两轮电动市场的行业领先地位。报告期内,动力电池业务共实现营业收入40.64亿元,与上年同期相比增长93.08%,主要原因是软包三元电池海外销售快速增长。报告期内,公司的软包三元电池进入产能释放期,产能利用率处于较高水平。在稳定向国际大客户进行批量交付的同时,新产能建设工作快速推进;截至年底部分新产能已开始投入运营,以满足客户的需求;此外,公司立足全球市场继续开拓国内外知名车企,市场地位稳步提升。在磷酸铁锂电池方面,除了继续深耕商用车领域外,经过前期的布局及投入,公司在工程动力市场和储能领域取得了良好成绩,聚焦大客户的策略效果明显,特别在5G通信储能和风光储能领域,成功获得了多个大客户的重点项目,与大客户的合作进一步巩固。在方形三元电池方面,经过多年的研发和验证,公司自主开发的方形三元电池正式推出市场,获得国际一流客户的多个项目定点,建立了合作关系,为后续业务持续增长打下良好基础。另外,依托三元和磷酸铁锂两大体系,公司经过多年研发的电池集成系统取得了重大成果,即将向市场推出全系列的高、低压xHEV电池系统产品,协助推进传统燃油车的电动化进程。报告期内,亿纬锂能采用增发方式向特定对象发行股份,实际募集资金净额24.77亿元用于“面向TWS应用的豆式锂离子电池项目”“面向胎压测试和物联网应用的高温锂锰电池项目”“三元方形动力电池量产研究及测试中心项目”和补充流动资金。从业务结构来看,亿纬锂能去年锂离子电池实现营收66.70亿,营收占比81.73%,毛利率26.1%,是公司营收的主要来源。业绩增长源于亿纬锂能长期以来对技术创新的高度重视,去年公司用于研发的投入资金达到7.23亿元,占营业收入的8.86%,研发人员也不断增加至1751人。截至去年年底,公司已申请了2369项国家专利,其中授权专利1097项。在未来,亿纬锂能将以“打造最具创造力的锂电池龙头企业”为新愿景,进一步加强锂电池新产品和新技术的研究和开发,进一步提高产品的综合性能,进一步推进现有产品的工艺优化和性能升级,进一步加强产品制造过程的管控,提升公司综合竞争力。公司将进一步加强在消费电池、动力电池两大主要业务的全面布局。按照规划,逐步完成豆式电池新产能建设,保障下游客户快速增长的市场需求;另外,按新标准完成小型锂离子电池高水平工厂的建设,进一步增加高端产品的产能,巩固公司在消费电池行业领先地位。动力电池方面,继续加强新能源汽车和储能业务的布局,一方面继续加大三元软包叠片电池和磷酸铁锂电池的产能建设;另外一方面,在依托于公司的技术、质量、规模和市场的综合优势,加大国内外大客户的开发,特别是乘用车市场,推动公司业绩的快速增长。在扩大生产规模、提高交付能力的同时,争取在研发和供应链管理等方面释放协同效应。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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​一季度我国锂电池相关企业新增1028家

4月19日,锂电池板块持续走强,拓邦股份、中矿资源、天际股份、多氟多等多股涨停,豪森股份、亿纬锂能、长信科技等涨逾11%。企查查数据显示,目前我国共有3.76万家锂电池相关企业,广东省以1.64万家企业高居第一,江苏、山东分列二三名。2020年,锂电池相关企业注册量为5821家,同比下降25.2%,今年一季度新注册1028家,同比下降3.11%。此外,全行业40%的企业注册资本高于500万。2020年注册量同比下降25.2%,今年一季度新增1028家从近十年来锂电池相关企业年注册量变化来看,企查查数据显示,2018年之前均处于逐年上升趋势,2018年达到最高的8248家,2018-2020年呈逐年下降趋势,2020年全年新注册企业5821家,同比下降25.2%。企查查数据显示,今年一季度新注册锂电池相关企业1028家,同比下降3.11%。其中1月份注册量为326家,同比下降18.7%,2月份注册量为160家,同比增长36.8%,3月份注册量为542家,与去年同期基本持平。广东以1.64万家高居全国首位,全行业四成企业注册资本高于500万从地区分布来看,企查查数据显示,目前广东省以1.64万家锂电池相关企业数量高居全国第一,江苏、山东分别以4339家、1917家企业位列二三名。此外,安徽、河南、浙江、湖南等省份同样跻身前十。从注册资本来看,企查查数据显示,共有25%的锂电池相关企业注册资本低于100万,100-500万之间的企业占比35%,而注册资本高于500万的企业占比达到40%。

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亚洲最大锂电巨头—— 天齐锂业扭亏乏力

4月14日晚间,亚洲最大锂电生产商天齐锂业发布了2020年度业绩快报和2021年第一季度业绩预告。报告显示,天齐锂业2020年归母净利润为-18亿元,今年一季度归母净利润预计为-1.9至-2.8亿元。尽管两期亏损额均较大,但相较于上年同期的分别亏损约60亿元、5亿元,亏损幅度有了大幅缩小。而受益于碳酸锂价上涨,4月14日,包括天齐锂业、赣锋锂业在内的多家上市公司股价出现涨停,4月15日,天齐锂业股价继续上涨近5%。然而上涨行情下,天齐锂业发展仍存隐忧。存在被实施退市警示风险根据天齐锂业发布的2020年度业绩快报,2020年共实现总营业收入32.4亿元,同比降低33%,实现归属于上市公司股东的净利润-18亿元,同比增长69.9%。天齐锂业称,营收下降主要系锂化工品的价格在2020年前三季度持续走低,叠加海外新冠疫情扩大因素导致出口份额降低。虽然锂化工品市场在2020年第四季度有所反弹,但综合来看,公司2020年度产品销售均价和销量较2019年度均有一定程度下降。此外,受联营公司智利化工矿业公司(SQM)股票价格、Libor利率波动等因素影响,2020年天齐锂业持有的SQM 2.1%B股领式期权业务与套期保值业务产生的公允价值变动收益较2019年度下降约8.9亿元人民币。虽然上述因素均对天齐锂业利润产生不利影响,其亏损额却大幅收窄。对此,天齐锂业称主要是因为2019年度计提了大额长期股权投资减值准备53.53亿元,同时2020年公司财务费用较减少约7亿元。今年一季度,天齐锂业仍未能改变亏损态势,预计归属于上市公司股东的净利润为亏损1.9—2.8亿元。据透露,天齐锂业2020年第一季度,澳元兑美元汇率下降幅度较大,故上年同期财务费用汇兑损失金额较大,今年一季度澳元兑美元汇率相对平稳。另外,一季度,持有的SQM 2.1% B股领式期权业务与套期保值业务产生的公允价值变动收益较上年同期大幅下降约2.4亿元。值得注意的是,天齐锂业在2020年三季度报中曾指出,如公司最近两个会计年度经审计的净利润连续为负值,深圳证券交易所有权对公司股票交易实施退市风险警示,在公司股票简称前冠以“*ST”字样。“由于公司2019年净利润为负,如果公司2020年经营业绩无法出现大幅提升,实现扭亏为盈,在公司披露经审计的《2020年年度报告》后存在被深交所实施退市风险警示的可能性。”控股股东减持“续命”除了业绩外,当前天齐锂业还面临较大的资金压力。2020年业绩快报显示,报告期末公司总资产为418.75亿元,较期初数减少 10.13%,归属于上市公司股东的所有者权益为52.38亿元,较期初数减少 24.78%。截至2020年9月30日,天齐锂业短期借款、一年内到期的非流动负债、长期借款、应付债券等各类借款余额分别为31.21亿元、133.05、130.26亿元、20.26亿元,合计达314.78亿元。天齐锂业此前因收购SQM股权与中信银行牵头的并购贷款银团签署的贷款协议,贷款本金共计30.84亿美元,其中的18.84亿美元(约合人民币124亿元)已于2020年11月底到期,占公司最近一期经审计净资产的179.35%。此后,天齐锂业通过引入战略为这笔贷款赢得了一年的展期,展期至2021年11月26日,附条件自动再次展期至2022年11月25日。债务压力下,天齐锂业控股股东多次通过减持公司股票“续命”。去年5月,天齐锂业发布《关于控股股东减持股份的预披露公告》,称控股股东天齐集团计划自2020年7月3日起的6个月内通过集中竞价和大宗交易的方式减持不超过8862.6万股,占公司总股本比例6%,减持系偿还股票质押融资。去年底,上述减持实施完毕,天齐集团持股比例由36.04%降为30.05%。根据天齐锂业披露的减持均价和减持股数信息粗略计算,上述减持共计套现超20亿元。今年1月7日,天齐锂业再次发布《关于控股股东及其一致行动人减持股份的预披露公告》,控股股东及一致行动人拟自1月29日的6个月内,通过集中竞价和大宗交易的方式合计减持约不超过5908.4万股,占公司总股本4%,减持目的为向天齐锂业提供财务资助及其他资金需求。2月3日—3月22日期间,该减持已实施1%,而减持期间天齐锂业的股价在38元/股—57元/股,即使按照天齐锂业4月15日收盘价39.14元/股来算,这些股份能够回流现金超20亿元。锂价上涨能否扭亏为盈?记者注意到,尽管业绩已持续两年巨额亏损,且存在较大债务压力,但天齐锂业在二级市场上却受到较多青睐,股价也保持高位。作为亚洲最大锂电生产商,天齐锂业主要从事锂产品的研发、生产和销售,是锂电新能源核心材料供应商。公司通过控股泰利森实现了锂精矿的自给自足,完全覆盖公司生产锂化工产品所需的所有锂原料,同时以四川甘孜州的矿产资源作为战略储备,并参股SQM实现了对世界上最大储量和最高品位的盐湖卤水型锂矿的战略布局。近几年新能源汽车快速发展,去年底国务院办公厅正式印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,重点强调了鼓励企业提高锂、镍、钴、铂等关键资源保障能力,新能源汽车相关产业链发展前景广阔。天齐锂业股价从去年4月底最低15.18元/股,最高涨至今年1月底的70.13元/股,虽然此后有所回落,但总体仍在30元/股以上,在近日公告2020年和今年一季度持续亏损的情况下,天齐锂业股价甚至出现了涨停。截至4月15日收盘,其股价为39.14元/股,涨幅约5%。2021年以来,碳酸锂价格持续上涨,区间涨幅超过40%。市场数据显示,电池级碳酸锂价格从今年1月份的6.3万元/吨,已上涨至4月份的9万元/吨;工业级碳酸锂价格从约5.9万元/吨,拉升至8.6元/吨左右。在新能源汽车发展势头强劲、锂电产品价格走高背景下,市场对天齐锂业2021年扭亏为盈报有不小的期望。兴业证券研报指出,新能源汽车渗透率正快速提升,全年磷酸铁锂对应碳酸锂需求及高镍三元材料对应氢氧化锂需求增量迅猛,锂价有望受到“成本+需求”双驱动维持高位,锂盐业务的量价齐增有望助推天齐锂业未来业绩发生逆转。西部证券更是在研报预计2021年、2022年天齐锂业将分别实现归母净利润9900万元、3.81亿元。未来,天齐锂业能否真的能如市场所愿,其真实业绩又将表现如何?本报将持续关注。

作者: 李玲 详情
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锂离子电池安全事故:安全性问题,还是可靠性问题

摘 要: 近年来锂离子电池相关的安全性事故频发,使得锂离子电池的安全性成为研究热点。本文分析认为,大多数锂离子电池安全性事故的根源是电池产品的可靠性问题。可靠性是产品在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性,以概率来度量。锂离子电池安全性事故发生的情况符合可靠性的定义特征。本文阐述了现行安全性测试标准不能杜绝电池安全性事故的原因,从可靠性的角度分析了锂离子电池安全失效的各种诱因及其测试方法,以期降低电池安全失效几率,并设计出能够避免或减少安全失效后损害的措施。本文呼吁从业者在大力研发锂离子电池安全技术的同时,重视锂离子电池的可靠性研究。关键词: 锂离子电池;安全事故;可靠性;热失控;安全失效近年来锂离子电池、尤其是车用动力电池安全事故频发,威胁着人身安全、商业推广和社会效益。目前锂离子电池的安全性研究已经成为电池领域的研究热点。锂离子电池安全事故大多以热失控方式发生,其基本特征是:事故由最初的“热引发”大多数情况是内短路产生热量,由于电池的导热性较差,热量积累推高电池的温度,当温度升高至引发电池内部的链式化学反应时,电池温升将逐渐加速,直至电池内化学反应放热量极大,任何散热手段都无法阻止电池温升,即电池发生热失控。此过程可以用绝热加速量热仪(ARC)进行量化表征。研究表明,通过正极材料包覆和隔膜和电解液改进]等方法提高电池材料热稳定性,可以提升电池的安全性。同时,通过改善电池设计和模组设计也可以大幅度提升电池的安全性。通过从材料、电池到模组的持续改进,电池的安全性得到了大幅度的提升。但是,鉴于目前科学家和工程师们还无法有效评估或预测锂离子电池的安全性失效,因此即使锂离子电池体系与设计均通过了安全标准认证,进入市场的锂离子电池均是合格品,但锂离子电池的安全性事故,尤其是电动车的安全性事故,还是高频率地出现在公众的视野中。那么,为何现行安全标准无法保障电池产品的安全性?锂离子电池的安全失效是否可控?本文将就以上问题进行深入剖析,试图为解决锂离子电池的安全失效寻找到科学的途径和研究方向。1 为什么电池安全标准不能保证电池安全现行锂离子电池的安全性标准主要基于滥用(abuse)场景对电池进行测试,评估其热失控(thermal runaway)的概率、现象和破坏力,包括机械滥用(挤压、穿刺、跌落、撞击、振动等)、电滥用(外短路、过充电、过放电等)、热滥用(热箱、模拟火烧、热冲击等)及特殊环境(盐雾、浸水等)等。因此,这类检测通常被称为“滥用热失控(安全性)”(abuse thermal runaway)。但仔细分析锂离子电池安全性事故,会发现如下特征:①发生安全事故的锂离子电池体系和设计,之前均通过安全标准认证;②事故电池制造完成时均是合格品;③按单体电池计算,安全性事故的发生概率,例如对于Tesla所使用的松下18650型电池,其事故概率约为六百万分之一;④安全事故中电池的表现多为无征兆的自燃,大多经历数次喷燃,剧烈者甚至引起局部爆炸,而且火势较为迅猛,消防灭火手段大多数情况下无效;⑤安全性事故发生场景相对集中,除涉水、碰撞等意外事故引起的电池安全失效,目前国内报道的大多数电动汽车安全事故中,电池均处于较高荷电状态,而发生的季节以夏季为主。对于国际上较为轰动的几次电池自燃事件,事后的事故分析表明电池中均呈现出不同程度的内短路现象,而在事故之前的电池状态检测中并未检测出此类内短路。上述特征表明,大多数锂离子电池发生事故时并未处于滥用场景,而是“自引发热失控(安全性)”(field failure,self-triggered thermal runaway)。由大量工程经验和事故分析结果可知,此类安全失效大多数是由制造瑕疵(manufacturing defects,例如连接松动、隔膜损害、粉尘污染等)或是老化引起的缺陷(aging defects)偶然引发的内短路,导致电池热失控,这个称为“滥用热失控和自引发热失控”,显然具有完全不同的特征。因为导致热失控的外部诱因明确且可以量化,所以滥用热失控的特征为:①热失控的发生和结果可以预测并测量;②对所有电池有效;③具有较好的重现性,可以通过建立测试标准来进行安全性评估;④可以通过保护措施缓和或者移除外部诱因,从而改善或者避免电池的滥用热失控。自引发热失控主要由瑕疵或者缺陷导致,这些瑕疵或缺陷的本身并没有引起明显的外部信号(电、热、力等信号)特征,这使得自引发热失控具有如下特征:①热失控的诱因多样、无可探测的外部信号,因此自引发热失控尚无预测方法;②大多数电池不发生,热失控的发生是随机小概率事件;③瑕疵及缺陷形成的位置、时间和形成的过程有较大的随机性,无可复制、且不引起外部信号变化,因此无法通过测试进行评估,尚无明确的质量管理手段来完全消除;④一旦有显性的外部信号(例如电池表面温度升高、电压异常等)变化,热失控随即发生,过程很突然、很快;⑤目前所有的安全性措施,均无法消除自引发热失控的诱因。从以上分析可以看出,现行安全性测试的依据是“滥用条件”,而实际发生的锂离子电池安全性事故是无滥用条件下的“自引发热失控”,两者描述的电池安全失效场景是互补、而非因果关系,因此,锂离子电池安全性标准测试不能保证锂离子电池的安全性。自引发热失控对锂离子电池应用的影响更为重要,基于其诱因的生成和演化过程,我们认为,从可靠性方向来认识锂离子电池安全事故更为科学。2 锂离子电池安全可靠性问题根据国家标准GB—6583的定义,可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间内无故障完成规定功能的能力。对产品而言,可靠性越高就越好,产品的可靠性越高,产品可以无故障工作的时间就越长。因此,锂离子电池不发生热失控可以被认为是锂离子电池安全的可靠性问题。狭义的产品质量关注产品的功能性,具有如下特征:①描述产品的工作能力;②质量管理使用的是样本均值管理;③产品质量可以测试评估。产品可靠性实际上是以时间的方式来描述产品的质量,其经典定义是“在规定的条件下和规定的时间内满意地完成规定功能的概率”,其具有如下特征:①描述产品将会正常工作多长时间;②可靠性主要应用概率论和数理统计来管理;③产品失效个案是随机概率事件,用失效率来衡量产品可靠性。可靠性中一个重要的指标是故障(失效)率,其定义为工作到某时刻尚未发生故障(失效)的产品,在该时刻后单位时间内发生故障(失效)的概率,称之为产品的故障(失效)率。锂离子电池的安全性事故发生概率可以看作为“锂离子电池的安全性失效率”。因此,自引发热失控是可靠性问题。锂离子电池作为一个高密度的能量存储装置,能量主要以化学能的方式存储于电极材料。因此,奢求材料间的化学稳定性极高而获得安全电池的愿望是行不通的。但是作为一个产品,其安全设计可以尽可能的拓展应用边界。从上述分析可以看出,锂离子电池安全性标准是对锂离子电池产品的安全设计进行检测,而这种安全设计是否在每个产品的生产中得到有效实现、并在产品应用中被有效保持,则是可靠性的研究范畴。目前,该领域的研究工作寥寥无几。如图1所示,把锂离子电池的安全性失效诱因分为“安全设计问题”和“可靠性问题”。安全设计问题是解决“每一个电池是否安全”,而可靠性问题是解决“锂离子电池安全失效的概率是多少”,指向的是安全设计被实现的概率。图1   锂离子电池的安全性问题因此,正如汽油易燃、但汽油可以被安全使用一样,锂离子电池的安全性不能简单地用电池的热稳定性来衡量,作为一个产品,其安全性主要取决于安全设计的有效性和持久性,即可靠性。可靠性概念的引入,为认识锂离子电池的安全性研究打开了新的视角,也有望开辟相关研究的处女地。3 锂离子电池潜在的安全失效的原因分析锂离子电池发生安全事故的原因很多,且发生事故后电池被烧毁很难还原事故原因,因此只能根据推理找出锂离子电池安全性失效的可能原因。如图2所示,作者总结了6个方面的主要原因:热稳定性、负极析锂、正极金属异物、隔膜瑕疵、设计/制造缺陷和极片变形等。图2   锂离子电池发生安全性事故的主要原因锂离子电池的热稳定性可用ARC进行测试评估,是衡量锂离子电池安全性的重要手段。热稳定性好,锂离子电池的热失控发生过程就长,或者热失控的破坏性较低,甚至不发生热失控。鉴于热失控的本质是电池内部各种材料间的化学反应,因此,通过改进电池材料的热稳定性,例如正极材料包覆,可以提升锂离子电池的安全性,降低安全性事故的破坏性。负极析锂也被认为是引发锂离子电池安全性的可能原因。在大倍率充电、低温充电,或者是电池制造中的涂布偏差等均可能导致负极中析出金属锂,由于金属锂反应活性强、容易反应产热,使得电池内化学反应发生的条件阈值降低,即电池安全性降低。正极材料中的金属异物,在充电过程中会发生电解,变成离子迁移到负极,并在负极被还原形成枝晶或者反应活性较高的纳米沉积,使得电池发生内短路概率升高或者产生放热反应的条件阈值降低,最终导致电池热失控的概率变高。因此,从电池材料的制造到电池的制造均需要非常谨慎地处理可能的异物问题,以减少电池事故的发生。隔膜瑕疵是过去被常常忽略的问题。隔膜微孔的均匀性是很难通过产品质量确认的,大部分均通过电池企业的电池成品率来确认。例如:一个微孔被堵是很难被检测出来的,但是局部隔膜孔被“堵”(也可以是局部阻抗增大)可能导致局部锂金属析出,引发安全事故。设计/制造过程中引入的缺陷或瑕疵比较多,例如:切片产生的毛刺可能导致内短路,由于涂布误差导致正负极局部容量配备失衡引起的锂析出,由于卷绕电芯的掉粉导致的内短路,由于制造偏差导致的极片边缘正负极短路,由于极耳焊接导致隔膜局部收缩引发内短路等,这些问题均可以通过过程检测在生产制造过程发现,是可以被消除的安全隐患。在模组制造方面,常见的安全隐患是接线柱松动导致发热,异物颗粒刺破方壳电池外壳绝缘保护层,模组局部过热等,上述问题均可以通过在线检测及时发现。老化引起的缺陷也是电池安全事故的重要原因。对于卷绕电芯,尤其是圆柱电芯,电极在充放电过程中的体积变化使得正负极片发生相对位移,导致隔膜有被刺破的可能,进而引发内短路。在高比容量圆柱电芯中,由于极片卷绕应力非常大,更容易引发极片变形,导致内短路,最终产生严重的电池安全性事故。4 锂离子电池安全失效的测试和电池安全可靠性评估目前对锂离子电池安全失效的测试方法还处于初期探索阶段,但由于安全事故频发,如何测试一款电池的安全失效概率是一个非常值得研究的课题。基于作者的经验,本文基于如下四大类锂离子电池安全失效的潜在诱因,提出可行的安全性测试评估方法。(1)内短路。一般可以通过精密测试充放电效率和自放电率进行测试。(2)热稳定性。通过ARC等热测试及分析中得到的关键温度和时间,解析电池热稳定性变化原因和变化程度。(3)锂析出。测试低温和常温倍率的锂析出边界条件。(4)极片异常。利用CT扫描测试新电芯和循环老化电芯。通常的测试需要多样品(例如64)平行测试,进行统计分析。设定每种测试的评分标准,加权计算出测试样品的失效率,依此对电芯按可靠性进行评估。由于测试数据与电池的事故率之间很难建立联系,建议可以采取相对测试评估的方法。利用知名品牌的新电芯的测试结果为基准,把测试评分结果进行相对比较,就可以把不同电芯的安全可靠性进行排序。5 降低电池安全事故风险和减少事故损害在电池安全性事故不能完全消除的情况下,可以在模组和系统层面上采取一定措施,尽量减少安全事故的发生和减少事故的损害。例如模组设计进行很好的热均衡,避免局部过热,用高导热的石墨烯导热膜对电芯进行导热,延缓电芯温度上升,可以在一定程度上减少热失控的发生。通过电芯间加纳米纤维隔热膜,延缓电芯之间的热失控蔓延,降低系统热失控的烈度,可以很大程度上减少热失控对系统的损害,或者给热失控的处置(人员撤离)赢得足够时间。通过散热设计及灭火系统,将电池喷射物的出口温度降低至低于闪点,或者阻止外部助燃气体(空气)与电池喷射物的接触,也可以显著降低系统热失控的破坏性。6 结 语锂离子电池的自引发热失控是电动车安全事故的主要原因之一。提高电池的安全性,除了关注电池材料本征热稳定性和系统被动防护技术外,更应该加大锂离子电池安全可靠性的研究力度。基于锂离子电池安全失效的潜在诱因,可以通过改善电池材料及制造工艺改进降低电池热失控事故概率;通过模组/系统防护设计可以降低安全事故的损害。以高品质的电芯产品为基准,通过电芯性能、热特性、一致性等方面的综合对比,可以相对地评估电芯的安全可靠性。致谢感谢中美清洁能源中心(CERC-CVC)的支持。引用本文: 王莉,谢乐琼,田光宇等.锂离子电池安全事故:安全性问题,还是可靠性问题[J].储能科学与技术,2021,10(01):1-6.WANG Li,XIE Leqiong,TIAN Guangyu,et al.Safety accidents of Li-ion batteries:Reliability issues or safety issues[J].Energy Storage Science and Technology,2021,10(01):1-6.第一作者:王莉(1977—),女,博士,副研究员,研究方向为能源材料,E-mail:wang-l@tsinghua.edu.cn;通信作者:何向明,研究员,研究方向为先进二次电池及材料化学,E-mail:hexm@tsinghua.edu.cn。

作者: 王莉 何向明等 详情
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3月动力电池装机量环涨61.3% 磷酸铁锂电池增速

近期中国汽车动力电池产业创新联盟发布2021年3月数据。数据显示,我国3月动力电池装车量为9.0GWH,同比上升224.8%, 环比上升61.3%,装机量整体同环比均呈现大幅上涨的趋势,市场回暖明显。而从材料类型划分来看,3月我国动力电池市场三元电池仍然占据主导地位,三元电池共计装车5.1GWH,同比上涨129%,环比上升53.1%。而磷酸铁锂电池装车3.9GWH,同比上升627.9%,环比上升73.7%。从趋势上而言,磷酸铁锂电池装机量在2020年12月达到了顶峰,月度装机量提升至6.3GWH并反超三元电池。主因去年12月因政策刺激及需求带动,商用车需求放出巨量当月装机3.4GWH,有效提升磷酸铁锂电池整体市场份额。不过该类型电池在今年的1,2月份经历了连续两个月的大幅下跌,时至二月仅余12月装机量的三分之一,2.24GWH左右。主因比亚迪汉等车型因即将发布新车型导致需求推迟及春节假期抑制购车需求,导致主打中低端的A00级车型销量大幅下滑。三元电池走势类似,不过无论涨跌趋势均更加缓和。而本月磷酸铁锂电池整体市场份额小幅回升,较上月的市场占比40.2%提升了3个百分点,至43.2%,这也是磷酸铁锂电池市场份额占比连续第二个月上升。而从累计方面看,第一季度中国动力电池装机量达到了23.24GWH,同比增长308%,其中三元电池装机量达到13.82GWH,同比增长220%,磷酸铁锂达到9.39GWH,同比涨幅更是达到了603%。动力电池市场整体增幅明显,而随着我国新能源汽车市场后续的持续放量,新能源新一轮下乡活动的开展,国内广大中小城市的中短途需求被进一步挖掘,搭载铁锂电池的A00级车型需求或迎来进一步的增长,同时叠加比亚迪等车企因为成本或工艺更多选择铁锂电池,其市场份额或进一步扩大。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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Li-Cycle公司计划在亚利桑那州建商业化锂离子电池回收工厂

据外媒报道,总部位于加拿大的锂离子电池回收商Li-Cycle公司计划在美国亚利桑那州建立其第三家电池处理和回收工厂。该公司已经在加拿大安大略省和纽约州各运营一家电池回收工厂。Li-Cycle公司在一份新闻稿中表示,将建立一座商业化运营的电池回收工厂,该工厂将能够处理亚利桑那州吉尔伯特市的1万吨报废电池和电池制造商生产废料。该公司已开发出一种机械还原和湿法冶金“两步过程”工艺,可以在现有设施中将任何类型的废锂离子电池转化成“黑团(black mass)”,这是一种含有电池不同金属材料的混合物。然后将其从休斯敦、安大略、罗切斯特、纽约和吉尔伯特的加工厂输送到该公司所谓的“枢纽”处理设施再次加工成电池材料。Li Cycle的首个枢纽设施将于2022年在纽约州北部的罗切斯特建成。Li-Cycle公司联合创始人兼执行董事长Tim Johnston说:“我们在亚利桑那州回收工厂将建设两条每年处理能力5000吨生产线,将使我们在北美地区的总回收能力翻一番。随着我们继续执行全球增长计划,并扩展可持续、安全和创新技术,枢纽设施的建成将标志着另一个重要的里程碑。”亚利桑那州州长Doug Ducey对Li-Cycle公司的投资计划表示欢迎,他表示,Li-Cycle公司是亚利桑那州的科技生态系统中一个很受欢迎的新成员。亚利桑那州商业管理局首席执行官兼总裁Sandra Watson声称该州是Li Cycle公司在美国西部建设电池回收设施的理想的地点。Watson说:“Li-Cycle公司的先进技术满足了不断增长的电池供应链需求,同时提供了一种环保的电池回收解决方案。”Li-Cycle公司声称其工艺技术可以实现电池材料的95%回收率。该公司目前正通过与特殊目的收购公司(SPAC)Peridot acquisition公司合并,在纽约证券交易所上市,以帮助其扩大业务规模,包括筹集约1.75亿美元为纽约“枢纽”设施的建设提供资金。根据计划上市的职责,Li-Cycle公司于3月下旬向美国证券交易委员会(SEC)提交了F-4表格,其中列出了其财务状况和未来发展计划。这份材料详细说明了该公司知识产权以及早日进入商业锂电池回收领域的地位,从而使其在未来几年内将变得极具竞争力的电池回收市场中处于有利地位。ABTC公司表示,其计划在内华达州芬利建设的工厂建设现场的岩土工工程勘察工作已于今年3月在向地方当局提交许可计划之前进行。竞争对手获得资金在内华达州建设年产2万吨内华达试点工厂据报道,Li-Cycle公司竞争对手之一ABTC公司日前表示已获得融资,用于建设一个年产2万吨的锂离子电池回收试点设施。该公司已于去年8月在内华达州芬利市开工建设其试点工厂。ABTC在该州还拥有开采锂资源权利,该公司的扩展战略包括三个关键要素,即电池回收、提取技术和开采锂资源。该公司希望在美国建立无害环境和循环的价值链,致力回收电动汽车、固定的储能系统、消费电子产品的废旧电池。该公司日前表示已与现有股东达成了普通股购买协议和注册权协议。该公司首席财务官David Corsaut说,“这笔投资对我们来说是重大的一步,使我们能够完成2021年的所有目标”。该公司首席技术官Ryan Melsert说:“这对我们公司来说是一个重要的里程碑,因为我们将在未来几个月内完成锂离子电池回收试验工厂的建设和调试。在这一过程中,我们将面临很多挑战,但是,由于这项股权投资协议能够完全满足我们对这个试点工厂的所有资本需求,从生产设施建设和基础设施建设到购买设备,再到集成和运营。”

作者: 刘伯洵 详情
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钠离子电池能取代锂离子电池吗?

钠离子电池是锂电池的潜在替代品,但锂离子电池的阳极却不能为钠离子电池提供同样的性能。对于钠离子电池来说,缺乏结晶结构的无定形碳被认为是一种有用的阳极,因为它有缺陷和空隙,可以用来储存钠离子。氮/磷掺杂的碳也具有不错的电性能。在《Applied Physics Reviews》中,来自浙江大学、宁波大学和东莞理工大学的研究人员描述了他们如何应用原子尺度的基本物理概念来构建钠离子电池的高性能阳极。掺杂的非晶碳,特别是富电子元素掺杂的非晶碳,是一个很好的储钠阳极,但对于钠存储的工作原理或掺杂碳的掺杂效果,还没有获得一致的解释。为了寻求答案,研究人员使用能级轨道的概念来解释吡咯氮和一个磷氧键的亲和力、它们的原子相互作用、电子分布和电子云配置。为了更近距离地了解独特的存储行为,他们应用了第一原理计算,这是一种利用基本物理量来计算物理性质的方法。它基于电子密度函数,这是量子力学的一个概念,可以揭示晶体的分子结构。当他们分析了嵌入在改性碳材料内的钠离子的电子分布、体系化学参数和吸附能量时,他们发现吡咯氮和磷氧键显示出真正的钠存储潜力。研究人员设计了一种水热处理方法来构建磷-氧结构的前体,然后在碳阳极上掺入双电子丰富的元素,显示出增强电池的循环寿命和容量的电化学性能。他们的阳极实现了5000次循环寿命,容量增强到220毫安时/克,并减少了容量损失(0.003%/循环)。论文标题为《Sodium storage behavior of electron-rich element-doped amorphous carbon》。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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胡勇胜团队:钠离子电池标准制定的必要性

摘 要 :钠离子电池具有资源丰富、成本低廉、能量转换效率高、循环寿命长、维护费用低、安全性好等诸多独特的优势,能够满足新能源电池领域高性价比和高安全性等应用的要求。然而钠离子电池作为一种全新的化学电源体系,在当前产业化和推向市场之际,国内外无任何可供使用的产品标准或规范,这将会严重制约钠离子电池技术和产业的发展,迫切需要制定相关的国家和行业标准,实现钠离子电池产品的检验规范化和质量标准化,规范市场秩序和推动技术进步。本文首先介绍了全球范围内锂资源和钠资源的形势;其次,对钠离子电池所具有的特性和优势、国内外的技术及产业化发展现状、存在的问题和未来的发展趋势进行了详细说明,并分析了目前全球范围内钠离子电池标准的现状及可供其参考的其他电池体系已有的标准或规范,指出了钠离子电池标准制定的必要性。最后概括了锂离子电池标准化工作的发展历程及借鉴意义,提出了在制定钠离子电池的标准时可结合其产品特点并借鉴锂离子电池标准化建设工作的具体建议。关键词: 钠离子电池;标准;产业化锂离子电池已经被证明是目前市场上最有影响力的电池产品,被广泛应用于便携式电子产品、电动工具和电动汽车等。近年来,随着这些行业的飞速发展,国内外锂离子电池的生产制造规模达到了空前高度,并且各大锂离子电池生产商还在不断扩大其产能,这必然导致锂资源的大量消耗和价格上涨,2015年碳酸锂价格就一度达到了14~16万元/吨。但是锂并不是一种丰富的资源,在地壳中的丰度仅约为17 ppm(1 ppm=10-6,余同)(图1),且分布极不均匀。据美国地质调查局(USGS)2019年最新报告显示,全球锂资源储量约6200万吨,其中南美洲国家阿根廷占比23.87%、玻利维亚占比14.52%、智利占比13.71%,分别位居全球锂资源储量前三,被称为南美洲地区的“锂三角”(图2)。这种锂资源分布的不均匀性势必又将导致全球范围内新一轮的“资源战争”,而且按照锂离子电池现在的发展速度,若不考虑回收,其应用将在几十年后受到锂资源的严重限制,如果再将锂离子电池应用到大规模储能市场,势必将加速这一过程。图1   地壳中部分化学元素的丰度图片图2   世界主要锂资源国家的探明储量和产量占比众所周知,元素周期表中钠与锂是处于同一主族且具有相似物理化学性质的金属元素,地球上钠资源储量非常丰富,元素含量约为23000 ppm,丰度位于第6位(图1),且钠分布于全球各地,可完全不受资源和地域的限制,所以在资源方面,钠离子电池比锂离子电池具有更大的优势。此外,钠离子与锂离子在电池体系中具有类似的脱/嵌机制(图3),对钠离子电池的研究与开发可缓解由锂资源短缺引发的新能源电池发展受限的问题。虽然在能量密度等方面与目前的锂离子电池相比还存在差距,然而在低速电动车和储能应用中成本和寿命是比能量密度更重要的指标,由此可以判断,钠离子电池将在低速电动车、大规模电力储能、5G通信基站、数据中心等应用领域拥有比锂离子电池更大的市场竞争优势。图3   钠离子电池的工作原理1 钠离子电池特性尽管钠是周期表中仅次于锂的碱金属元素,但两者在物理化学性质上的差异(表1)势必会造成相应电极材料在电化学性能上的差异。较重的钠离子质量和较大的钠离子半径致使钠离子电池的重量和体积能量密度无法完全与锂离子电池相媲美,而钠离子较大的离子半径也会引起电极材料在离子输运、体相结构演变和界面性质等方面的差异。因此,为了发挥钠离子电池自身的特性和优势,必须探寻不同于锂离子电池的新的材料体系。表1   锂与钠的物理化学性质对比注:1 Å=0.1 nm。然而,钠与锂物理化学性质上的差异所带来的影响不一定都是负面的,在某些方面具体其独特的优势:①由于钠离子与过渡金属元素离子的半径差异较大,在高温下更容易与过渡金属分离形成层状结构,使其层状氧化物的堆积方式具有多样化。含锂层状氧化物多为O型结构,而含钠层状氧化物具有丰富的O型和P型材料种类;②很多在含锂层状氧化物正极中没有电化学活性的过渡金属元素在含钠层状氧化物中具有活性。目前仅发现Mn、Co、Ni三个元素组成的含锂层状氧化物可以可逆充放电,而具有活性的含钠层状氧化物种类相对较多,Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等元素均具有活性且表现出多种性质;③钠离子在电极材料中的扩散速率并非一定低于锂离子,扩散速率的快慢与电极材料的晶体结构密切相关;④在充放电过程中,相同构型的电极材料由于传输离子的差异会产生不同的相变,特别是钠离子与空位的有序无序分布将产生重要影响;⑤较大的钠离子半径不一定会导致电极材料的体积发生巨大形变;⑥在极性溶剂中钠离子具有更低的溶剂化能,从而在电解液中具有更快的动力学,具有更高的电导率。另一方面钠离子的Stokes半径比锂离子的小,相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率,或者更低浓度电解液可以达到同样离子电导率;⑦钠离子电池在电池充放电过程中钠不会与铝产生电化学合金化反应,因此负极也可以采用铝箔作为集流体(铝箔价格约为铜箔的1/3),既有利于电池的安全(避免过放引起的集流体氧化且可以过放电至零伏),又达到了进一步降低电池成本的目的。此外,钠离子电池电极极片制作时,在铝箔集流体两面分别涂覆正极材料和负极材料,并将极片进行周期性的叠片,还可以做成双极性(bi-polar)电池。这在单体电池中实现了高电压,可大量节约其他非活性材料,进一步提升电池的能量密度。而且由于钠离子电池与锂离子电池相似的结构,在规模化生产中可借鉴锂离子电池的生产检测设备、工艺技术和制造方法等,可加快钠离子电池的产业化速度。钠离子电池在其他方面性能如高低温性能、安全性能等方面是否存在其自身特点及独特优势,仍需进一步挖掘。2 钠离子电池产业化现状及发展趋势2.1 产业化现状2010年以来,钠离子电池受到国内外学术界和产业界的广泛关注。目前,钠离子电池已逐步开始了从实验室走向实用化应用的阶段,国内外已有超过二十家企业正在进行钠离子电池产业化的相关布局,并取得了重要进展,主要包括英国FARADION公司、法国NAIADES计划团体、美国Natron Energy公司、日本岸田化学、丰田、松下、三菱化学,以及我国的北京中科海钠科技有限公司、浙江钠创新能源有限公司、辽宁星空钠电电池有限公司等(图4)。不同企业所采用电化学体系各有不同,其中正极材料体系主要包括层状氧化物(如铜铁锰和镍铁锰三元材料)、聚阴离子型化合物(如氟磷酸钒钠)和普鲁士蓝类等,负极材料体系主要包括软碳、硬碳以及软硬复合无定形碳等。图4   全球钠离子电池产业化布局英国FARADION公司较早开展钠离子电池技术的开发及产业化工作,其正极材料为Ni、Mn、Ti基O3/P2型层状氧化物,负极材料采用硬碳。现已研制出10 A·h软包电池样品,能量密度达到140 W·h/kg,电池平均工作电压3.2 V,在80%DOD下的循环寿命预测可超过1000次。美国Natron Energy公司采用普鲁士蓝材料开发的高倍率水系钠离子电池,2 C倍率下的循环寿命达到了10000次。但普鲁士蓝(白)类正极材料压实密度较低,生产制作工艺也较复杂,其体积能量密度仅为50 W·h/L。由CNRS、CEA、VDE、SAFT、Energy RS2E等多家单位共同参与成立的法国NAIADES组织开发出了基于氟磷酸钒钠/硬碳体系的1 A·h钠离子18650电池原型,其工作电压达到3.7 V,能量密度90 W·h/kg,1 C倍率下的循环寿命达到了4000次。但是钒有毒性且原料成本较高。同时氟磷酸钒钠电子电导率偏低,需进行碳包覆及纳米化,且压实密度低。此外,丰田公司电池研究部在2015年5月召开的日本电气化学会的电池技术委员会上也宣布开发出了新的钠离子电池正极材料体系。三菱化学也与东京理科大学一直在开展关于钠离子电池方面的合作研究。国内钠离子电池技术研究也一直处于前列,其中浙江钠创新能源有限公司制备NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2三元层状氧化物正极/硬碳负极体系的钠离子软包电芯能量密度为100~120 W·h/kg,循环1000次后容量保持率超过92%。依托中国科学院物理研究所技术的中科海钠公司已经研制出能量密度超过135 W·h/kg的钠离子电池,电池平均工作电压3.2 V,在3 C/3 C、100%DOD循环1000次后容量保持率91%。现已实现正、负极材料的百吨级制备及小批量供货,钠离子电芯也具备了MW·h级制造能力,并率先完成了在低速电动车和30 kW/100 kW·h储能电站的示范应用。2.2 存在的问题及发展趋势钠离子电池技术和产业的发展一定程度上可以借鉴锂离子电池,可谓是“站在了巨人的肩膀上”。然而也要意识到目前在钠离子电池产品研发和实现其产业化的过程中依然面临着一些挑战[]:①目前钠离子电池处于多种材料体系并行发展的状态,而其中一些正、负极材料体系加工性能等还有待进一步提高。其中负极无定形碳材料还有首周库仑效率偏低、储钠机理尚未明确等问题。此外,与正负极材料相匹配的电解液体系的开发也不足;②虽然目前钠离子电池的大部分非活性物质(集流体、黏结剂、导电剂、隔膜、外壳等)可借鉴锂离子电池成熟的产业链,但是对于核心的正负极材料和电解液等活性材料的规模化供应渠道依然缺失,其来料稳定性无法保证,进而影响生产工艺过程和产品质量的稳定性;③相比于锂离子电池,现有的钠离子电池体系能量密度还较低,单位能量密度下的非活性物质用量和成本占比会有一定的增加,致使其活性材料的成本优势无法完全发挥出来;④钠离子电池可参照锂离子电池设计及生产工艺技术,但却无法完全照搬,如钠离子电池负极使用铝箔集流体带来的产品设计、电极制作及装配工艺等的变化,化成老化工艺区别等;⑤由于钠离子电池工作电压上下限与其他成熟电池体系的差异以及较强的过放电忍耐能力等,现有的电池管理系统无法完全满足钠离子电池组的使用要求,需要重新设计开发;⑥目前暂无任何正式的有关钠离子电池的标准和规范发布,影响钠离子电池制造工艺的规范化及产品质量的一致性,也会导致不同企业之间的产品难以统一和标准化,不利于产品的市场推广和成本降低。接下来,钠离子电池的发展将会更加注重于解决产业发展过程中的工程技术问题和开发符合目标市场需求的产品,其相关技术和产业的发展趋势可以从以下几个方面来进行考虑。①进一步提高正负极材料体系的综合性能,并优化改性其生产制备工艺,提高材料稳定性。优化电解液体系,构筑更加稳定的正极|电解质和负极|电解质界面等。②根据不同应用场景逐渐形成对应的主流钠离子电池体系。同时优化电池设计及生产制造工艺,降低非活性物质的用量,继续提高电池能量密度、循环寿命以及安全性能。③结合钠离子电池特点针对性发展并优化适用于钠离子电池的相关技术体系,包括电芯设计、极片制作、电解液/隔膜选型、化成老化以及电芯评测等技术。④根据钠离子电池的特性针对性开发相应的电池管理系统,以进一步提升电池组整体寿命以及安全性。同时优化钠离子电池成组技术,如开发钠离子电池的无模组电池包(CTP)技术、双极性电池技术等。⑤联合更多的科研单位及企业共同攻关,打通钠离子电池上下游供应链,尽早完成针对钠离子电池的相关必要标准的制定。⑥调整生产规模,优化销售环节,降低钠离子电池的单位成本,提高市场的接受程度(尤为重要)。根据现有的钠离子电池技术成熟度和制造规模水平,将首先从各类低速电动车应用领域切入市场,然后随着钠离子电池产品技术的日趋成熟以及产业的进一步规范化、标准化,其产业和应用将迎来快速发展期,并逐步切入到各类储能应用场景,如可再生能源(如风能、太阳能)的存储、数据中心、5G通讯基站、家庭和电网规模储能等领域。3 钠离子电池标准现状国际标准包括各类国际标准组织制定的世界范围内适用的标准、发达国家的国家标准、区域性组织的标准、国际上权威的团体标准和企业标准中的先进标准等。我国的标准一般有国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级。国际上涉及电池相关标准的机构,主要有国际电工委员会(IEC),国际标准化组织(ISO)、联合国危险货物运输委员会(UN/CETDG)等,我国相关机构主要有国家标准化管理委员会、中国电子技术标准化研究院和全国信息技术标准化技术委员会等。通过这些机构所提供的公开系统进行查询发现,截至目前,未查询到有专门针对钠离子电池有关的国际标准、国家标准、行业及地方标准等。这主要是由于全球范围内钠离子电池还处于产业化的初级阶段,上下游产业链还不是十分成熟,导致目前暂无正式的标准或规范推出,但相关企业和从业人员已经逐渐开始关注钠离子电池标准的布局工作。钠离子电池与锂离子电池有相似的工作原理和电池结构等,可以沿用和借鉴现有已成熟的锂离子电池生产工艺和产业链。因此,钠离子电池作为类似产品在一定程度上可以参照锂离子电池已发布或引用的相关标准及规范。锂离子电池经过二十多年的发展,其各类国家、行业和地方标准或规范的覆盖面已经十分广泛,全面涉及到了电池的术语和定义、命名规则、产品设计要求、试验方法、质量评定程序、安全及环境适应性能,标志、包装、运输和贮存等方面的内容。现阶段钠离子电池企业也主要是参照或借鉴这些标准或规范的相关内容(表2),并结合钠离子电池自身的特性和产业发展情况来制定各自的企业标准或产品规范,以此规范产品设计及制造工艺、确保产品质量的一致性,但这也会导致不同企业之间的产品难以统一和标准化,性能和技术水平参差不齐。表2   可供钠离子电池参考的相关标准当然,钠离子电池具有其独特的性质,完全参考锂离子电池已发布或引用的标准及规范存在较大的局限性。钠元素的自然属性决定了钠离子电池特性与锂离子电池不同,主要体现在:①Na+/Na电对的标准电极电位比Li+/Li高约0.3 V,表现在钠离子电池工作电压范围与锂离子电池的差异,所有参照标准或规范中与此相关的各项参数指标无法通用,需要进行调整;②钠离子在电池材料中嵌入与脱出动力学性能与锂离子不完全相同,各类标准中涉及到产品性能检验部分的内容需要变更;③钠离子电池可以采用铝箔作为负极集流体,不存在过放电的问题,还可在放空电后甚至是零电压下运输,因此一些安全测试标准、产品运输及储存规范等也不能通用。综上所述,专门制定适用于钠离子电池的标准对于其技术和产业的发展意义重大。4 锂离子电池标准化工作的发展及借鉴意义4.1 锂离子电池标准发展历程1991年,日本SONY公司首次推出了18650这种标准型的电池型号,开启了锂离子电池的商业化应用,并应用于笔记本电脑、手机、数码相机等便携式电子产品。在我国早期的锂离子电池应用过程中,其产品标准主要参照各生产制造企业的企业标准,后随着我国锂离子电池产业规模不断扩大、产品性能不断提高,亟需制定统一的锂离子电池行业或国家标准。1998年,我国电子工业部发布了行业标准《SJ/T 11169—1998锂电池标准》,首次提到了对锂离子电池的相关技术要求,但没有严格区分锂电池(原电池)和锂离子电池。1999年,我国信息产业部发布了第一个专门针对锂离子电池的行业标准《YD/T 998.2—1999移动通信手持机用锂离子电源及充电器充电器》。随后在2000年,中国电子技术标准化研究院牵头主导了国家标准《GB/T18287—2000蜂窝电话用锂离子电池总规范》的制定,这是全球首部关于锂离子电池的国家标准,对推动我国锂离子电池的产业和技术发展起到了非常重要的作用。至此,锂离子电池标准化发展首次经历了从企业标准到行业标准再到国家标准的过程。近年来,随着锂离子电池应用从传统的便携式电子设备发展到新能源电动车、储能系统等领域,单一化的标准体系模式已难以适应。以综合标准化为原则,锂离子电池全产业链、全生命周期(包括产品回收)、全应用领域标准的制定工作等正在逐步推进。同时,2018年12月,为适应产业发展需求,有关单位提出了筹建全国锂离子电池及类似产品标准化技术委员会的申请,其中类似产品包括了正在研制开发的钠离子电池、镁离子电池、锂金属蓄电池和锂离子固态电池等。综上所述,根据锂离子电池标准的发展历程,作为其类似产品的钠离子电池的各项标准化建设工作是有迹可循的。4.2 钠离子电池标准技术体系框架2016年11月,工信部正式发布了《锂离子电池综合标准化技术体系》,首次将锂离子电池及类似产品的标准化工作纳入了统一的宏观规划。该技术体系将锂离子电池及类似产品的标准分为了5种:基础通用、材料与部件、设计与制程、制造与检测设备以及电池产品。而作为锂离子电池的类似产品,钠离子电池在其标准化建设时也可借鉴锂离子电池的方式建立对应的标准技术体系框架(图5),完善其标准体系布局。图5   钠离子电池综合标准化技术体系框架综上所述,虽然现有的锂离子电池标准或规范不能在钠离子电池上通用,但锂离子电池的标准化工作的发展历程、标准体系的编制原则和构成、发展现状等对后续钠离子电池的标准化工作建设具有非常重要的借鉴和指导意义。5 对钠离子电池标准发展必要性和建议标准的制定和统一,可规范专业用语,起到较好的行业引领作用,带来规模化效应以降低成本,抢占标准化制高点,并有助于服务企业,满足市场需求。同时电池产品的标准,尤其安全标准是约束产品质量的重要依据,也是规范市场秩序和推动技术进步的重要手段。近年来,低速电动车以及各类储能应用等领域呈现高速发展的态势,钠离子电池凭借独有的优势,其研究及产业化迎来了前所未有的机遇。目前已陆续成功在各目标领域开展了示范应用,相关产品也在逐步面向市场推开,与钠离子电池关联的产业蓄势待发,这对制定钠离子电池相关标准的需求日益迫切。首先,在无钠离子电池产品相关国家标准、行业标准和地方标准的情况下,当钠离子电池产品开始进入市场推广应用时,应由相关企业根据产品特点并结合低速电动车和储能等目标应用领域的使用要求制定钠离子电池产品的企业标准,并上报有关行政主管部门审核、备案,以此作为企业组织产品生产、判定产品质量以及销售的依据。可从专业术语、产品开发设计、生产制造、性能指标及检验方法、使用方法和注意事项以及贮存运输等环节入手,并参照和借鉴锂离子电池的相关标准的情况开展钠离子电池产品企业标准的制定工作。其次,随着钠离子电池产业进入快速发展期,建议各级有关部门将钠离子电池的标准研究列入科技计划,给予科研经费支持,引导钠离子电池领先企业投入人力、物力进行前瞻性研究和布局。同时成立专项小组,由领先企业牵头起草,在条件成熟适时推出具备科学性、适用性和可执行性的钠离子电池相关国家、行业和地方标准,统一并规范钠离子电池产品的技术要求并作为行业准入门槛。同时,在国家提出的“中国标准走出去”战略指导下,积极向国际有关标准机构提交钠离子电池国际标准的制修订项目提案,主导或参与制定钠离子电池相关国际标准。并争取国内钠离子电池标准或者标准中的技术内容被国外标准采纳或直接转化为国际标准,进而提高我国钠离子电池产业的竞争力,促进整个钠离子电池产业链的健康、可持续发展。最后,根据产业和技术的进一步发展,逐步细分并详细制定钠离子电池的各类标准,覆盖其产业链和生命周期(图6)。从钠离子电池产业链的角度,可以分为原辅材料、电芯、电池管理系统、电池组、检测及生产设备、工厂设计等标准;从钠离子电池生命周期角度,可以分为设计、生产、运输、贮存、使用、回收等标准。与此同时,还应该意识到标准是对一定时期的总结归纳,用以指导产品技术和产业的发展方向。但是由于钠离子电池技术和产业的不断发展,相关新技术等的不断出现,原有的标准可能不能完全适应,进而对产业技术的发展起到反作用,此时需要根据钠离子电池的技术发展状态与时俱进,适时开展相应标准的制修订工作。图片离子电池标准分类此外,制定钠离子电池相关标准不仅要基于各阶段降成本驱动抑或是大规模标准化生产等的需求,也要为将来电池回收利用及环保等方面进行考虑;同时加强标准数据库及共享体系的建设,成立公开、透明、关联的标准共享平台,并适时推进钠离子电池标准的国际化,争取在全球钠离子电池产业中掌握优先权和主动权。6 结 语钠离子电池应用技术兼具高性价比和高安全的优势,当面对即将到来的大规模储能国家战略需求以及崛起的智能电网覆盖下的家庭储能市场时,可缓解因锂资源短缺引发的新能源电池发展受限的问题,同时可实现在新型储能应用中的无铅化,产业化前景相当乐观。从竞争格局来看,我国钠离子电池无论从技术水平还是产业化推进速度在国际上都处于前列,且拥有钠离子电池核心技术和自主知识产权,自主创新也是标准的灵魂。产业发展,标准先行,事实证明,标准意味着市场认可的新技术与新规范,主导标准者才能占据市场竞争和行业的制高点。在这方面,我国已具备较大优势,应力争获得全球钠离子电池标准制定的主导权,引领钠离子电池技术与应用的发展趋势。现阶段,优先支持部分性能优异的钠离子电池产品进入国家或地方电池类产品目录,可尽快推动钠离子电池的市场化应用,为促进我国新能源电池行业的发展做出贡献。而标准则可作为钠离子电池产品进入国家或地方产品目录的检验依据和准入门槛。因此,制定钠离子电池相关标准刻不容缓。引用本文: 周权,戚兴国,陆雅翔等.钠离子电池标准制定的必要性[J].储能科学与技术,2020,09(05):1225-1233.ZHOU Quan,QI Xingguo,LU Yaxiang,et al.The necessity of establishing Na-ion battery standards[J].Energy Storage Science and Technology,2020,09(05):1225-1233.

作者: 周权 胡勇胜等 详情
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中美科学家研有机聚合物制高性能电极 或实现低成本钠离子电池

下一代电池中的锂离子可能会被更丰富、更环保的碱金属或多价离子所取代。不过,最主要的挑战是要研发稳定的电极,能够将高能量密度和快速的充放电速率相结合。最近,中国和美国的科学家就研发了一种由有机聚合物制成的高性能电极,可用于低成本、环保且耐用的钠离子电池。目前,锂离子电池是最先进的技术,可用于便携式设备、储能系统和电动汽车,而且锂离子电池技术在今年荣获诺贝尔奖。不过,下一代电池有望使用更便宜、更安全、更环保的材料,实现更高的能量密度和容量。目前,研发得最多的电池种类都基本采用了与锂电池相同的充放电技术,不过通常锂离子都被钠、镁和铝等廉价的金属离子所取代。然而,这种替代也使得需要对电极材料做出重大调整。有机化合物是很好的电极材料,首先,不含有害和昂贵的重金属;其次,可以用于不同的用途。不过,缺点是会溶解在液体电解质中,导致电极不稳定。美国马里兰大学(niversity of Maryland)的Chunsheng Wang及其团队与国际科学团队合作,推出了一种有机聚合物,能够成为高容量、快速放电且不易溶解的电池阴极材料。根据该项研究,在钠离子电池中,该种聚合物在容量传递和容量保留方面优于目前的聚合物和无机阴极,而在多价镁离子和铝离子电池中,此种表现也没有落后太多。科学家们发现六氮杂三萘(HATN)是一种非常合适的阴极材料,而且已经在锂电池和超级电容器中对此种化合物进行了测试,证明其能够成为一种高能量密度的阴极,快速插入锂离子中。但是,与大多数有机材料一样,HATN会在电解液中溶解,导致在充放电循环过程中,阴极不稳定。科学家们解释说,现在的关键是通过让单个分子之间联系,稳定材料的结构,结果得到了一种称为聚合HATN或PHATN的有机聚合物,能够让钠、铝和镁离子具备快速的反应动力和高容量。在组装好电池后,科学家们采用高浓度电解液测试了PHATN阴极,并发现非锂离子具有优异的电化学性能。该钠电池可以在高达3.5V的高压下工作,即使经过5万次循环,其容量仍可维持在每克100毫安时以上。研究人员认为此类聚合对二氮杂苯阴极(对二氮杂苯是一种基于HATN的有机物,是一种芳香烃类富氮有机物质,含有果味),可实现环保、高能量密度、充放电快速且超稳定的下一代可充电电池。

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

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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为储能电池“加料” 我国科学家研制出新型钒液流电池电极材料

记者从长沙理工大学获悉,该校丁美、贾传坤教授团队,联合重庆大学教授孙立东、中科院北京纳米能源与系统研究所研究员孙其君,及中科院金属研究所等多个科研团队,利用电沉积和氧化还原靶向催化交叉结合技术,共同开发出了一种大规模储能钒液流电池用的普鲁士蓝复合电极材料,可显著提高钒液流电池功率密度和能量效率。这种新型电极材料,有望助推钒液流电池“提质降本”,为其进一步商业化应用提供了新思路。目前,成果进入应用孵化阶段,这一研究成果也于日前发布于全球工程技术与材料类著名期刊《SMALL》上。可再生能源开发和利用的迫切性,众所周知。可再生能源的快速发展,则有赖于高安全、低成本、长寿命的大规模储能新技术。电化学储能,是储能技术的一个重要分支。其中,钒液流电池因具有循环寿命长、安全可靠、功率与容量独立等优点,是目前最有应用前景的大规模储能技术之一。不过,要将这类电池产业化,则“受制”于电池性能和成本。电极材料是决定钒液流电池功率成本和效率的关键材料之一。目前,最常用的电极材料为碳毡或石墨毡,这类电极材料对钒离子的催化活性低,比表面积也低,成为钒液流电池“提质降本”,进入商业化应用的瓶颈。寻找到高活性、低成本的电极材料,是业内专家研究的热点和重点。研究团队历时3年,开发了该种普鲁士蓝复合电极,有效提升了钒离子反应活性,从而显著提高了钒液流电池功率密度和能量效率。“用这个复合电极组装的钒液流电池,功率密度较碳毡电极提升了50%以上。在100毫安每平方厘米的电流密度下,能量效率甚至超过88%。”丁美说。

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钒电池能否挑战锂电池地位?业内专家:前者更适合规模储能环节

锂电池产业已经十分成熟,资本市场也已经孕育了宁德时代(300750,SZ)等优质龙头。新能源电池的路线这么多,这一产业未来是否还会有黑马杀出?钒电池成为被看好的其中一条路线。今日(7月31日),由四川省钒钛钢铁产业协会和中国铁合金在线联合主办的第十届中国钒业发展论坛在成都召开。会上,钒电池技术路线成为业内热议问题。多位业内专家表示,随着风能、太阳能等清洁能源的发展,储能环节将为钒电池带来巨大的需求。相较锂电池,钒电池的安全性、储能容量都有优势。不过,钒电池要完成成熟的商业化进程,还需要解决高成本等制约条件。中国科学院金属研究所研究员严川伟表示,大规模储能环节适合钒电池。图片来源:每经记者 胥帅 摄钒电池需求在规模电力储能在第十届中国钒业发展论坛上,钒资源的发展等成为热议问题。“加快培育世界级钒钛钢铁现代产业集群。”四川省经济和信息化厅党组成员、副厅长翟刚在论坛上表示,四川钒资源储量约占全国总储量的63%,大部分集中在四川攀西地区。其中,攀钢集团钒产业国内第一,目前也是世界排位第一。在四川省“5+1”现代产业体系中,提出加快建设钒钛钢铁稀土等先进材料产业。钒电池,曾经在2018年火过一阵。伴随钒电池概念的兴起,2018年的攀钢钒钛因掌握上游资源被资金热炒。当年9月到10月间,攀钢钒钛(000629,SZ)股价上涨超过了50%。不过钒电池的商业应用迟迟未有突破,炒作幅度自然无法与成熟的锂电池板块相比拟。从规模看,截至2019年底,中国已投运储能项目累计装机规模32.4GW,其中电化学储能的累计装机规模位列第二。这当中,锂离子电池的累计装机规模最大,为1378.3MW,占比80.6%;钒电池为代表的液流电池装机规模仅有20.52MW,占比1.2%。不过钒电池的装机量正在逐步增长,据国际钒技术委员会统计,全球在运行的钒电池项目达到113个,总装机为39.664MW,总容量为209.8MWh。四川星明能源环保科技有限公司副总工程师张忠裕表示,2020年上半年,国内外钒电池生产和应用市场已逐渐活跃。“钒电池现在处于商业化前期,它主要应用于新能源储能环节。”张忠裕告诉《每日经济新闻》记者,储能是钒电池的最大优势,特别适用风力发电、光伏发电的储能环节,“像光伏发电主要在白天作业,晚上没有阳光怎么办?”中国科学院金属研究所研究员严川伟表示,新能源产业链的储能需求,对钒电池这类液流电池来说是刚性需求。“储能必须做到能源安全,要求电池具备稳定性。大规模储能环节,钒电池安全的稳定性就很高。”严川伟对《每日经济新闻》记者表示,根据《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,以10%为配比,2020年光伏发电储能达到6GW,储能金额为300亿元。不只是光伏,电网削峰填谷同样存在巨大的储能需求。商业化突破需降低成本通常来说,钒电池都会被用来与锂电池比,但严川伟认为这样的比较并不科学。严川伟表示,锂电池和钒电池的应用场景不一样,比较优势不一样,缺点也是各不相同。更为关键的是,锂电池已经进入成熟的商业化运作,钒电池距离这一市场水平还有一段路要走。“锂电池的理论和应用很成熟,能量密度很高,这是优势。但钒电池是用于规模电力的用途。”严川伟说,这涉及到不同的产业环节,钒电池适合大容量储能应用,锂电池则涉及小容量。基于不同的应用场景,两种电池展现的技术优势也各不一样。钒电池充放电不涉及固相反应,电解液使用的损耗非常小。基于这一优势,钒电池用于大规模电力储能时,会减少传输阶段的电力损耗。张忠裕说,况且钒电池体量比锂电池大,这决定它很难直接用于新能源汽车。但需要注意的是,钒电池虽然展示了在储能领域的技术优势,可商业化进程为何没有大的突破?“主要还是成本太大。”张忠裕说,他此次在论坛的报告主题就是降低钒电池成本,“10kW/40kWh钒电池储能系统为例,储能系统成本占比最大为钒电解液成本,占总成本的41%,电堆成本达到37%,两者总和达到78%。降低钒电池价格最有效的办法就是降低钒电解液及电堆的生产成本。”严川伟表示,降电堆成本就是要开发低成本材料、提高电流密度,降电解液成本就是要有低成本的钒源、低成本技术路线。张忠裕说,钒电池的材料成本高,“主要是没有大规模商业化,缺乏产业配套的企业。产业成熟,规模经济起来了,单位成本就会降低。”另一方面,张忠裕认为,钒电池产业环节具有较高的门槛,即初始的投资要求较高,“虽然拉长时间周期,整体成本和锂电池差不多。但它的初始投入资金就高出很多。”所以,严川伟也建议企业要进入钒电池领域,需要明确在产业链的定位。严川伟和张忠裕均表示,钒电池解决了经济性问题,那么产业化和商业化的那天就能很快到来。但也有业内人士表示,钒电池是钒需求潜在增长点,但不确定性很大,“有一定前景,仍需要通过示范工程验证”。不过总体来看,钒电池的未来还是被广为看好,钒矿资源也会有需求。

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中国科学家研发出新一代全钒液流电池电堆

中国科学院大连化学物理研究所(以下简称“大连化物所”)11日发布消息称,该所研究员李先锋、张华民领导的科研团队近日成功研发出新一代低成本、高功率全钒液流电池电堆。风能、太阳能等可再生能源固有的随机性、间歇性、波动性、直接并网难等特性,一定程度上限制了可再生能源的发展利用。全钒液流电池是一种高性价比、高能效、长寿命的规模储能技术,其可将不稳定的可再生能源储存,并实现平稳输出利用。经测试,该电堆在30千瓦恒功率运行时,其能量效率超过81%,100个循环容量无衰减。据介绍,全钒液流电池储能系统由电堆、电解质溶液、管路系统等组成,其中电堆起到了至关重要的作用。而相对于传统全钒液流电池电堆,新一代电堆采用的可焊接多孔离子传导膜可以提升离子选择性,提高电解液的容量保持率,此外,多孔离子传导膜的成本远低于商业化的全氟磺酸膜,从而可大幅度降低电堆成本。“我们通过应用自主研发的可焊接多孔离子传导膜,实现了对电池电堆组装工艺的改进。”大连化物所研究员李先锋表示,新一代全钒液流电池电堆不但保持了传统电堆的高功率密度,相比传统电堆,其总成本也下降了40%。大连化物所方面表示,新一代全钒液流电池电堆的成功研发,将大幅度降低全钒液流电池系统的成本,推动全钒液流电池的产业化应用。上述工作得到了中国科学院“变革性洁净能源关键技术与示范”战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目的支持。(完)

作者: 杨毅 详情

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