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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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电池质量问题究竟谁之过?国轩高科称已起诉瓯鹏公司

11月29日早间,一篇媒体报道将上市公司国轩高科推上了风口浪尖。面对安徽瓯鹏动力科技有限公司(以下简称“瓯鹏公司”)对电池质量的“控诉”,国轩高科随即在官网发布《声明》,回应市场关切的问题。《声明》称,2019年10月22日,国轩高科与瓯鹏公司、某知名电单车公司(以下简称“H公司”)签署三方采购协议,供应H公司共享单车锂电池包。其中,国轩高科负责供应电芯,瓯鹏公司负责PACK研发、生产和成品交付及售后服务。国轩高科在收到瓯鹏公司向其反馈的关于H2系列产品电池包出现的相关问题后,一直积极主动与H公司、瓯鹏公司保持沟通,寻求解决方案。经过多次测试和验证,瓯鹏公司向H公司反馈称,前述H2系列产品电池包问题系电池包保护板问题所致,而该保护板由瓯鹏公司自行进行市场采购。在此期间,H公司多次督促瓯鹏公司对返厂电池进行维修,均无果。截至目前,瓯鹏公司累计拖欠合肥国轩货款2000多万元。据媒体报道称,11月28日,瓯鹏公司前总经理林峰在“国轩锂电池疑似存质量缺陷说明会”上自述,公司使用国轩高科的电芯原材料,发生了电池爆燃和自燃事故,造成非常大的损失。林峰还透露,共享单车投入市场几个月内,陆续发生了数十起电池包自燃和爆炸事件。基于安全性考虑,瓯鹏科技召回了多批次疑似有安全问题的电池包,并根据客户要求进行检测和验证。2020年11月2日,双方对出现问题的电池包进行技术分析,认为电芯存在漏液、腐蚀和防爆阀失效等多项质量问题,双方共同在该会议纪要上签字确认。国轩方面人员承诺,尽快对问题进行分析和解决。对此,国轩高科相关负责人对《证券日报》记者表示:“关于瓯鹏公司拖欠货款及恶意诋毁我司产品的行为,公司已向法院提起诉讼,我们希望通过法律途径来解决相关纠纷。呼吁广大投资者以法律诉讼结果为准,勿信谣传谣。“截至11月29日收盘,国轩高科下跌2.50%,报收于62.33元/股。资料显示,国轩高科的铁锂产品技术水平和性价比一直处于行业领跑地位。公司生产的磷酸铁锂电池的单体能量密度为210Wh/kg,达到全球磷酸铁锂规模化应用技术的领先水平。电池中国网数据显示,今年1-10月份,国轩高科的动力电池装机量为5.52GWh,市占比达5.1%,国内排名第四。瓯鹏公司在一家招聘网站上介绍称,公司是国内领先的新能源汽车动力系统解决方案提供商,是高效优质的零部件提供商和高新技术企业。公司总部位于安徽省合肥市,在北京设有技术研发中心,合肥生产基地面积约20000平方米,年设计产值10亿元,目前拥有员工近200人。自称“国内领先”的瓯鹏公司,却涉及多项风险警示。天眼查信息显示,截至目前,瓯鹏公司涉及自身风险信息达22条,涉及历史风险信息3条,预警提示达32条,整体显示为“高风险”等级企业。记者还注意到,自2017年以来,瓯鹏公司涉及多起司法纠纷,大多为买卖合同纠纷,涉及中航锂电、亿纬锂能、合肥高科科技、力神电池等多家企业。其中,力神电池起诉瓯鹏公司买卖合同纠纷一案已于11月23日在天津市一中院开庭,尚未公布审判结果。另外,瓯鹏科技与中航锂电(洛阳)有限公司的买卖合同纠纷最终以瓯鹏科技向中航锂电(洛阳)有限公司支付货款2974.39万元及利息而告终,且公司实际控制人金瓶被限制消费。而此次控诉国轩高科的公司前总经理林峰自2019年3月15日才履新瓯鹏公司,受让了原股东所持有的55%股份,但在2020年12月23日选择退出全部股份及职位。北方工业大学汽车产业创新研究中心研究员张翔认为,涉事双方对电池问题的发生原因各执一词。到底谁是谁非,要看证据说话。

作者:黄 群 详情
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全球钴产量“大户” 宣布进军电池制造领域

在11月24日至25日举办的刚果(金)-非洲商业论坛上,刚果(金)政府表示,将通过其储量丰富的钴、铜和锂等矿产资源,推动发展国内电池制造能力,成为全球电池和电动汽车行业主要参与者。成都商报-红星新闻此前报道,随着全球新能源产业的迅速崛起,作为新能源汽车电池的关键原料,钴需求量在全球范围内飙升。而刚果(金)拥有全球近半的钴矿储量,目前全球三分之二以上的钴矿产量都来自该国。不过,刚果(金)是世界上最不发达的国家之一,其出口矿物的成本仅为电池最终成本的一小部分,而这些电池大多是在其他国家制造的。刚果(金)政府亦在论坛上表示,该国“被困在”电池和电动车价值链的低端(采矿和矿物加工),只占据全球价值链的3%。以绿色能源为契机发展非洲工业能力据外媒报道,在刚果(金)首都金沙萨举行的商业论坛 (DRC-Africa Business Forum 2021),首要目标在于促进在非洲发展一个强大的电池、电动汽车和可再生能源价值链和市场,为非洲的电池矿物(包括钴、铜、锂、锰、镍和石墨)增加价值,以便从全球向绿色能源、运输系统电气化和快速去碳化的过渡中让国家得到长期发展。旨在加快电池制造业的发展,刚果(金)总理萨马·卢孔德·基延格宣布了一系列措施。其中包括要成立一个电池委员会,目的是“试点政府的政策,围绕电动电池行业发展一个区域价值链”。据统计,发展这样一个价值链将使非洲在不断扩大的电动汽车市场中获得更大的份额,预计到2025年价值达8.8万亿美元,到2050年为46万亿美元。同时,卢孔德表示,该国政府致力于推出一个特殊目的机构(SPV),将动员私营部门的资金支持电池制造业。不过,刚果(金)总体齐塞克迪和总理卢孔德均未提供这些举措的具体细节,也未说明需要多长时间建立或如何筹资。非洲第二大铜矿生产国赞比亚的总统哈凯恩德·希奇莱马在论坛上表示,赞比亚准备与刚果(金)以及该地区其他国家合作,发展非洲的工业能力,“我们需要将我们的陆地战略资源和价值链进行同步。”此外,包括非洲开发银行在内的几家银行均签署了一份承诺书,将帮助发展刚果(金)的电池工业,但该协议文本尚未立即公布。电动汽车发展迅猛2030年恐现钴短缺据估计,刚果(金)的钴储量为360万吨,近占全球储量的50%。而国际能源署(IEA)统计结果显示,2019年,刚果(金)的钴产量占全球总产量的69%。长期以来,治理不力、腐败现象普遍以及基础设施有限等因素阻碍了刚果(金)资源开采以外的重大投资。多年来,刚果(金)一直将钴原料出口到西方国家用于制造电池。成都商报-红星新闻此前报道,随着全球新能源产业的迅速崛起,生产新能源汽车电池的关键原料锂和钴,无疑成为了新一代“石油”。其中,由于比锂矿更贵、更稀缺,金属钴在近两年已成为全球资本市场最炙手可热的商品。据基准矿业情报机构(简称Benchmark)统计,在所有终端市场中,钴需求将同比增长15%至20%,其中大部分是由电池行业推动的。与其他行业相比,电池行业对钴的需求不断上升。预计到2025年,72%的钴需求将来自电池行业。但是,随着全球汽车制造商生产更多的电动汽车,国际能源署预计到2030年将出现钴短缺。该机构根据对现有矿山和在建矿山的分析,估计到2030年只能满足预计锂和钴需求的一半以及80%的铜需求。同时,Benchmark预测最早在2025年就可能出现钴短缺。成都商报-红星新闻记者 范旭 实习记者 胡艺玲

作者:沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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长虹能源接待九家机构调研:公司锂电池业务需求旺盛、订单饱满

11月26日,资本邦了解到,北交所上市公司长虹能源(836239.BJ)于近日发布了关于接待机构投资者调研情况的公告。公告显示,四川长虹新能源科技股份有限公司(以下简称“公司”)于2021年11月23日接待了9家机构的调研,分别是平安养老保险股份有限公司、国寿安保基金管理有限公司、中泰证券股份有限公司、山西证券股份有限公司、信银理财有限责任公司、联储证券有限责任公司、华夏基金管理有限公司、汇安基金管理有限责任公司、万家基金管理有限公司。调研的主要问题及公司回复概要如下:问题1:公司自主品牌是四川长虹授权商标使用,公司在自主品牌方面有何规划?回复:公司产品除满足OEM客户需要外,也制造并销售“长虹”品牌电池。公司通过产品创新推出性能全面提升、适应物联网时代消费场景的长虹U10系列碱性电池,积极拓展各类渠道市场;通过和儿童自媒体头部品牌“小伶玩具”开展跨界营销合作,并推出星座系列电池,引入时尚潮流元素,行业内率先提出“潮玩电池”新理念,打造长虹电池新三好(好看、好玩、好用)的品牌心智;后续公司将进一步加强自主品牌建设。问题2:公司战略方面碱电、锂电业务同步在扩张,会不会造成公司资本支出需求更重?以及下游客户的拓展会不会有压力?如果有排序两大业务如何排序?回复:为提升市场占用率,公司积极拓展客户并根据市场订单需求情况追加投资扩充产能,公司2021年在绵阳新建4条锂电生产线和1条碱电高速生产线,资本性支出较大。公司碱电业务保持稳定增长,锂电业务处于高速发展阶段,未来公司业绩增量中锂电业务权重高于碱电业务。问题3:公司上游正负极、电解液这些原材料供应关系以及价格方面的扰动和传动是怎么样的?回复:材料成本为公司主要营业成本,截止目前,锂电材料中铜箔、三元材料价格同比涨幅超过100%,电解液价格约为去年同期的300%,碱电材料中锌粉、锰粉也有较大幅度提升,原材料价格上涨对公司盈利能力产生较大压力。公司主要通过对部分产品提价、加强内部管控,挖潜增效,降低成本等方式积极应对市场变化,其中,产品提价并不能完全覆盖原材料价格上涨,且部分提价订单的生效期为2022年,敬请投资者注意投资风险。问题4:公司锂电业务大客户拓展的情况如何?回复:公司积极开拓市场,今年开发国际一线品牌客户三到五家,已经获得部分客户认证通过。问题5:碳性锌锰电池公司已经不做生产而是做外采销售了,那么对于这条产品线公司的策略是什么样的?回复:公司已无碳电生产线,碳电业务占比较小,主要是满足少数客户的个性化需求。问题6:与同行业相比,公司有没有技术方面的优势?回复:在锂电池产品方面,公司控股子公司长虹三杰总经理杨清欣先生为国家科学技术进步二等奖获得者,通过多年的技术研发和创新,长虹三杰在高倍率细分领域的技术水平已经处于行业领先地位,部分技术如低温电池技术已经达到了国际先进水平。在碱性锌锰电池产品方面,通过长期摸索与积累,公司已具备了超高性能碱锰电池技术、10年保质期碱锰电池技术和装备自动化及智能化制造技术等核心关键技术,并且坚持“研发一代、储备一代和生产一代”的技术发展路径,在同行中已形成明显的技术优势。问题7:公司在电动工具、吸尘器这些新能源领域,今年的需求情况,明年的判断是怎样的?回复:公司锂电池业务需求旺盛、订单饱满。预计行业明年需求端订单继续大幅增长,国产电芯替代三星SDI、松下的战略机遇窗口仍然存在;供给端产业资本纷纷通过资本并购手段进入锂电池主赛道,竞争将逐渐加剧。问题8:原材料供应量是可以保证的吗?回复:公司原材料的储备及供应链可满足公司正常生产经营所需,原材料价格上涨对公司盈利能力将产生不利影响,请广大投资者注意投资风险。问题9:关于业务布局的问题,很多同业发力的方向是电动车或者储能这些产能增速方面有更多想象空间的方向,公司在这个方向是否有一些超前的储备或者布局?回复:公司根据市场预测并结合自身实际情况制定战略发展规划,公司现阶段主要专注于电动工具、吸尘器、园林工具等高倍率市场,暂无进入电动车市场规划。

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锂电池龙头国轩高科遭合作方发难,产品自燃爆炸?

国内动力电池龙头国轩高科又被推上了风口浪尖。11月28日,瓯鹏科技前总经理林峰在“吹哨电池安全——国轩锂电池疑似存质量缺陷说明会”上表示,公司使用了国轩高科的电芯原材料,发生了电池爆燃和自燃事故,造成了非常大的损失。发布会上,两名自称代表国轩高科的女士突然半路杀出,爆出“瓯鹏拖欠国轩货款3000多万”等猛料,并与现场工作人员发生冲突。中国证券报·中证金牛座APP记者从知情人士处获悉,国轩高科已起诉瓯鹏科技。双方各执一词“2019年,瓯鹏科技、国轩高科和国内某知名共享电动单车企业达成合作,由瓯鹏科技采购国轩高科15Ah圆柱电芯进行电池包组装,并提供给该共享电动单车企业运营。”林峰向中国证券报·中证金牛座APP记者介绍。据悉,上述项目经过近半年的筹备,瓯鹏科技于2020年4月开始向共享电动单车企业批量供货。到自燃事故发生前,瓯鹏科技共生产近10万套共享单车电池包,采购国轩高科圆柱电芯超100万只。不过,该共享单车投入市场几个月内,陆续发生了数十起电池包自燃和爆炸事件。基于安全考虑,瓯鹏科技召回了多批次疑似有安全问题的电池包,并根据客户要求进行检测和验证。2020年10月下旬,根据返回电池包中发现存在部分电芯出现漏液的情况,国轩高科向瓯鹏科技发出了质量问题说明材料及整改意见,并承诺11月30日之前完成产品质量整改。“2020年11月2日,在国轩高科技术及市场人员现场见证下,双方对出现问题的电池包进行技术分析,确认了电芯存在漏液、腐蚀和防爆阀失效等多项质量问题,双方共同在会议纪要上签字确认,国轩方面人员承诺尽快对问题进行分析和解决。”林峰表示。图片来源:瓯鹏科技就在事情要告一段落的时候,林峰称,2020年11月11日,按照发货标准包装完毕存放于工厂发货区的成品电池包突然发生自燃爆炸,引起大火。就在发布会正在进行的时候,两名自称代表国轩高科的女士突然发难,质问“为何国轩高科起诉瓯鹏拖欠货款3000多万?”“公司过去一年半里和国内前十的动力电池企业中四家都出现了纠纷(中航、国轩、亿纬、力神)是否属实?”并与现场工作人员发生冲突。安全问题受关注2021年4月16日,位于丰台区西马场甲14号的北京福威斯油气技术有限公司光储充一体化项目发生火灾爆炸,事故造成1人遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤,火灾直接财产损失1660.81万元。11月22日,北京市应急管理局官方通报称,经调查,事发项目南楼起火直接原因系西电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池热失控起火。北楼爆炸直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池及电池模组热失控扩散起火,事故产生的易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散,与空气混合形成爆炸性气体,遇电气火花发生爆炸。作为事故相关方,福威斯油气公司因未发现并消除火灾隐患,由消防救援机构依据有关规定依法给予行政处罚。该公司由合肥国轩高科动力能源有限公司、刘博(个人)、北京福威斯投资管理中心(刘博控股)和其他个人分别持股约40%、33%、24%和3%。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示,高比能量动力电池有三种主要热失控机理:第一种是隔膜刺穿导致内短路引发热失控;第二种是高比能量电池正极析释活性氧,析氧密度随着比能量提升在不断下降;第三种是负极析活性锂,就是快充或者过充引起的。欧阳明高指出,通过内短路检测的算法以及一系列的工程方法等,可以提高电池管理系统安全管理的能力。“电池只隔热是不够的,还要有散热的设计。还有一些电池隔热、散热必须全部一起上才有可能做好。”

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日本研发出更安全的锂电池

新华社东京11月24日电 日本一个研究团队研发出以水代替可燃性有机溶剂材料、用纳米级钼系氧化物做负极的新型锂离子电池。这种电池安全性较高不用担心起火事故,而且可以快速充电。手机和电动汽车等使用的锂离子电池的电解液使用可燃性有机溶剂,因此有起火的危险。人们试图寻找一种更安全的电解液材料。来自日本横滨国立大学和住友电气工业公司等机构的研究团队用水作为电解液,并寻找可以不降低电池性能的电极材料。研究人员发现使用纳米级钼系氧化物做电池的负极,电池性能可达到可实用的水平。由于这种电池没有着火风险,并可快速充电,即使重复充放电2000次,电池容量也只减少不到30%,因此有望用于储能电池或者短距离电动汽车等。研究团队的目标是3年后使这种新型电池实用化。相关研究论文发表在最新一期美国《国家科学院学报》上。

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磷酸铁锂投资持续加码 10月以来规划产能近百万吨

德方纳米、龙蟠科技、芭田股份、华友钴业……众多上市公司在磷酸铁锂方面的布局近期频频“刷屏”,投资热度延续了2021年前三季度的态势。经梳理发现,10月份以来,上市公司公布的磷酸铁锂项目规划年产能合计近100万吨,远超2020年的实际产能。拓展高性能新材料、海外投资磷酸铁锂项目——上市公司在磷酸铁锂项目投资扩产过程中,除了产业链延伸、强强合作等模式外,在产业链、地域布局等方面呈现出新特点。技术扩圈磷酸盐系材料进展提速10日晚间,磷酸铁锂龙头企业德方纳米发布公告称,公司拟向特定对象发行不超过2676.80万股A股股票,预计募集资金总额不超过32亿元。本次发行的募集资金在扣除发行费用后,将用于年产11万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目及补充流动资金。相比于起初披露的共计10万吨产能,德方纳米此次在新型磷酸盐系正极材料的产能投建上微幅上调了1万吨达11万吨。公告显示,该项目的建设地点位于云南省曲靖市。在众多上市公司通过磷化工产业链布局磷酸铁锂、锂电池上下游企业共同开发正极材料、行业龙头湖南裕能谋求上市的竞争格局中,德方纳米选择了在磷酸铁锂材料上“更进一步”。德方纳米表示,磷酸盐系正极材料行业具有较高的技术壁垒,不断优化更新的产品生产工艺和庞大的研发投入使得新进入者难以形成竞争力。业内人士分析,新型磷酸盐系正极材料为磷酸锰铁锂材料,具有高电压平台和高克容量的特点,在单GWH成本基本不变的情况下,德方纳米解决了其原有的循环次数和安全性“短板”。德方纳米表示,新型材料可以显著提升电池的能量密度,并且保留了高安全性和低成本等优势。此次定增可提前布局新型磷酸盐系正极材料市场,提升在正极材料领域的市场地位。公司透露,目前新型磷酸盐系正极材料产品已通过小试环节,并初步投入建设研发中试线,产品已通过下游重点客户的小批量验证,获得客户的高度认可。德方纳米还提示了其下游客户的消化能力:公司主要客户宁德时代8月拟募集资金不超过582亿元,投入锂离子电池的研发和扩产计划,新增锂离子电池产能合计137GWH;主要客户亿纬锂能及其子公司拟投资建设年产104.5GWH的新能源动力储能电池产业园。投资出海磷酸铁锂项目有望突破此前,另一磷酸铁锂头部企业龙蟠科技发布公告称,公司控股子公司常州锂源拟与投资机构STELLARINVESTMENTPTE.LTD.(以下简称“STELLAR”)在印尼投资设立合资公司,在中苏拉威西省莫罗瓦利县莫罗瓦利工业园内,投资开发建设年产10万吨磷酸铁锂正极材料项目。项目总投资约为2.35亿美元,常州锂源持有合资公司70%股权。龙蟠科技表示,投资合同所涉及的投资项目产品,主要是公司基于未来发展需要进行的战略布局,扩大产业规模,满足国际电池公司的海外市场需求,从而推动公司稳健发展,持续提升公司的综合竞争力。财信证券认为,储能电池的放量和海外动力电池的装机将是推动磷酸铁锂电池需求的重要推动力,预计到2025年磷酸铁锂需求将达到216万吨。龙蟠科技的扩张步伐不止于此。2021年,龙蟠科技宣布了多个磷酸铁锂相关扩产计划——4月,常州锂源宣布收购贝特瑞(天津)和贝特瑞(江苏)各100%股权;8月,常州锂源拟与新洋丰成立合资公司,投资年产5万吨磷酸铁锂项目。龙蟠科技的大举扩张以及其在海外项目的可行性引起监管部门的关注。上交所在问询函中要求龙蟠科技“结合公司磷酸铁锂正极材料目前产能情况、在建项目情况、产线开工率、产品订单情况等说明持续对外投资建设相关产能的必要性”。“当地相关的矿产资源比较富集。”龙蟠科技相关负责人介绍说,公司选择在印尼布局,充分考虑到各类生产要素成本较低的情况,可以在一定程度上满足下游国际客户日益增长的需要。盛新锂能宣布与STELLAR合作在中苏拉威西省莫罗瓦利县莫罗瓦利工业园进行3.5亿美元的投资,包括年产5万吨氢氧化锂和1万吨碳酸锂项目;亿纬锂能与华友国际等在印尼建设红土镍湿法冶炼项目;宁德时代印尼电池工厂预计将在2024年投产。磷酸铁锂行业产能翻倍式的增长,引起业内对产能过剩的关注。21世纪资本研究院认为,2022年磷酸铁锂仍然处于供需紧平衡状态,产能过剩何时出现则需视供给端产能释放节奏而定。此外,磷酸铁锂项目的建设周期一般为1年到1年半,投资增加的产能或在2022年和2023年显现。

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磷酸铁锂企业纷纷布局“一体化”

近日,宁德时代发布公告称,拟由控股子公司在湖北省宜昌市投资建设邦普一体化电池材料产业园项目,投资总金额不超过320亿元。业内人士分析认为,为迎接即将到来的太瓦时时代,头部动力电池企业产能规模普遍向百吉瓦时体量迈进,这就需要配套材料规模向10万吨级别以上迈进,倒逼动力电池企业深度参与到上游布局之中,加速一体化布局。推动成本下降宁德时代表示,邦普一体化电池材料产业园项目的实施,有利于进一步完善在锂电新能源产业的战略布局,发挥产业协同优势,保障电池材料供应,推进退役动力电池全生命周期管理的目标。业内有分析认为,通过自建、并购或参股等方式,扩大产能规模,不断提升原料自供占比,提升产能利用率,可以降低制造成本。“降本是电池企业‘一体化’布局的主要原因。”伊维经济研究院研究部总经理吴辉在接受记者采访时表示,“现在磷酸铁锂的价格比三元电池低,短期之内会有很大市场。像邦普原来只做前驱体,在看到磷酸铁锂的发展趋势之后也开始布局。”另外,富临精工、湖北万润、德方纳米等磷酸铁锂企业也在向上延拓磷酸铁锂原材料布局。湖北万润与龙佰集团合建磷酸铁,并锁定硫酸亚铁等上游资源;富临精工入股恒信融谋局盐湖提锂,拓宽原材料供应链;德方纳米新建年产20万吨磷酸铁锂前驱体项目。“‘一体化’布局有助于提高企业电极材料的生产连续性、批量一致性,进行工艺、质量控制,降低整体成本,缩短供货周期,压低原材料及半成品的库存量。”新能源与智能网联汽车研究者曹广平说。化工企业跨界涌入大批化工企业也跨界涌入。9月,眉山高新技术产业园区管理委员会对万华化学(四川)有限公司《年产5万吨磷酸铁锂锂电正极材料一体化项目》环境影响评价进行第一次公示,建设内容包括年产5万吨磷酸铁、5万吨磷酸铁锂;另外,新洋丰、川发龙蟒、川金诺、川恒股份、龙佰集团、中核钛白、安纳达、司尔特等磷化工和钛白粉企业,也宣布利用主营产品的副产品跨界投建磷酸铁、磷酸铁锂材料项目。曹广平认为,化工企业的入局,代表目前新能源汽车及电池产业的热度已经形成跨界传导。产业链纵向一体化的同时,横向上也加大了产业化规模化程度。有业内人士分析认为,从万华化学进军磷酸铁锂领域看,跨界而来的企业是在锂电池产业链上进一步延伸至上游,拓展锂电多元化产品组合。“因为磷酸铁锂的很多原材料都属于化工原料,所以化工企业入局是充分利用了自身原材料供应方面的优势。另外,跨界到新能源对他们来讲也是一个转型升级的方向。”吴辉说。需要理性看待由于磷酸铁锂电池需求持续旺盛,磷酸铁及磷酸铁锂产能供不应求,规划产能快速扩张。据研究咨询机构高工产业研究院统计,截至8月,磷酸铁锂正极总规划扩产超过了240万吨。业内人士判断,随着产能大规模集中投放,竞争会加剧,资源掌控、成本控制和产品迭代能力将成为决定胜负的关键。“总体来讲,无论是自行布局,还是像宁德时代那样通过投资的方式来布局,上下游一体化布局的方式,都能够在原材料价格上涨且上涨预期很强烈的情况下,锁定一部分上游材料的供应量和供应价格,从而降低电池的成本,对冲价格上涨。”吴辉称。“目前的新增产能,以重复上量为主,有助于缓解当前的电池荒和电池材料荒以及原材料大幅涨价的困境,但是未来会显现低水平重复建设的弊端。当前,磷酸铁锂电池技术路线的回归虽然是合理的,但电池技术不可能停滞不前,磷酸铁锂阶段性过剩后,产业及技术发展反而会承受较大损失。”曹广平说,“建议企业在‘一体化’布局、新上铁锂相关项目的同时,也要关注下一代电池的技术开发。一旦政策或技术路线有变,铁锂回归后,是否又会过热,需要理智研究。”

作者: 姚美娇 详情
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能量密度指引量化,磷酸铁锂“逆袭”三元锂的趋势还能继续吗?

文丨公司研究室,作者丨曲奇关于新能源车动力电池,市场上一直有三元锂电池和磷酸铁锂电池技术路线的争论,前者成本高但续航时间长,后者续航略差但成本低且安全性高。过去由于新能源政策补贴,2017年到2019年,能量密度高的三元锂电池成为市场主导。但2019年补贴逐步退坡后,磷酸铁锂电池凭借成本优势和技术突破,又赢得了市场青睐,磷酸铁锂2021年装机量有望反超三元锂。11月18日,工信部的意见稿再次提高对锂电池能量密度的要求。市场预期,成本优势会让磷酸铁锂正极材料在中低端的份额扩大,中高端乘用车以三元正极材料为主,且三元正极会朝着高镍化的趋势发展。容百科技、长远锂科等三元材料厂商中,谁能在高镍化的趋势下脱颖而出?01、政策倾斜三元锂材料主导市场新能源汽车的快速发展及普及,离不开动力电池性能的突破、成本的下降。作为新能源汽车的“心脏”,动力电池的成本在整车中占比约40%,其性能更是直接决定了整车的安全性和续航里程。新能源汽车动力电池的发展存在锂离子电池、燃料电池、钠离子电池等技术路线,目前应用最为广泛的是锂离子电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质和电池外壳等材料组成,其中正极材料主要决定了电池的能量密度及安全性,进而影响电池的综合性能。此外,正极材料在锂离子电池成本中占比约为40%,其成本也影响了电池整体成本的高低,进而影响了整车成本。按正极材料的不同,锂离子电池又可分为锰酸锂电池、钴酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池等类型。其中,三元锂电池和磷酸铁锂电池是绝对主力。中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示,2021年前10个月,我国动力电池累计装车量107.5GWh,其中三元电池和磷酸铁锂电池的装车量占总装车量比例为99.8%。三元锂电池和磷酸铁锂电池各有优点,三元锂电池由不同比例的镍、钴、锰(铝)元素组成,具备耐低温、能量密度高等特性,但成本高、易燃易爆炸;磷酸铁锂电池的优点在于成本低、循环寿命高、热稳定性好、安全性能高等优点,但不足之处在于不耐低温、能量密度低、续航差。过去几年,由于政策补贴、成本等因素,三元锂电池和磷酸铁锂电池的市场份额此消彼长。新能源汽车发展初期,考虑到排放以及燃油经济性,政策向商用车倾斜,磷酸铁锂的安全性、循环寿命等优势让其迅速成为正极的首选,市占率遥遥领先。2016年,磷酸铁锂电池在国内动力电池市场的占有率高达69%。然而,2017年随着国家调整新能源汽车补贴政策,首次将电池能量密度纳入补贴参考指标后,磷酸铁锂电池和三元锂电池的市场地位发生了改变。当时,磷酸铁锂电池能量密度主要集中在70—80Wh/Kg,无法满足“纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90Wh/kg,对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴”这一标准,这导致市场逐步向能量密度更高的三元锂电池偏移。2018年,磷酸铁锂电池的市占率首次被三元锂电池超越。根据动力电池联盟数据显示,2018年,国内动力电池累计产量达70.6GWh,其中三元电池占比55.5%,磷酸铁锂电池占比下降至39.7%。2020年一季度,三元锂电池的市占率提升到76%,有一家独大的趋势,就连部分券商也认为三元材料将主导正极市场。然而,谁也没料到锂电池竞争格局又出现了逆转。02、补贴退坡后磷酸铁锂电池卷土重来常见的三元正极材料由镍钴锰组成,化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2,型号有NCM333、NCM523、NCM622、NCM811。其中,333和811等数字指的是NCM材料中Ni/Co/Mn的摩尔系数比。以NCM333和NCM811做对比,NCM811就是一种高镍低钴的三元正极材料。由于钴是一种资源相对匮乏的金属,且钴的市场价格较高,钴含量越高动力电池的成本也会增加。通过提高价格较低的镍金属含量,减少价格较高的钴金属含量,不仅能提高能量密度,还能降低三元正极材料成本,于是三元正极材料逐渐向高镍化甚至是无钴化发展,NCM622、NCM811和NCA(镍钴铝)等高镍材料成为主流。三元正极材料在2017年后的快速发展,少不了补贴的助力,而2019年以来,随着新能源车补贴的逐步退坡,成本成为各家整车厂商不得不考虑的事情。随着宁德时代CTP技术以及比亚迪刀片电池技术的相继推出,成本较低、性能提升的磷酸铁锂电池又获得了整车厂的青睐。根据华安证券2021年初的研报,磷酸铁锂的使用成本约为0.08元/Wh,相比三元正极材料可以节省0.15—0.21元/Wh,对应降低成本65%至72%。在现行补贴政策下,例如带电量55kWh、续航405公里的三元电池替换为磷酸铁锂电池,成本可下降0.46万元至0.56万元。于是,成本端的优势让磷酸铁锂材料增速再次远高于三元材料。公开数据显示,2020年国内动力电池产量达83.4GWh,同比下降2.3%。但磷酸铁锂电池产量同比增长24.7%达到34.6GWh,三元电池产量同比下降12%为48.5GWh。2020年下半年以来,上游大宗商品价格暴涨,整车厂成本端的压力在2021年显得更为突出,多家整车厂商纷纷加速由三元电池转向磷酸铁锂电池。2021年4月,比亚迪宣布全系纯电乘用车型将搭载磷酸铁锂刀片电池。7月,马斯克表示,未来特斯拉将使用2/3的磷酸铁锂电池和1/3的三元电池。10月,特斯拉宣布,全球范围内的标准续航版Model 3和Model Y,将全部改用磷酸铁锂电池。此外,大众、福特、奔驰都已明确会在入门级车型上使用磷酸铁锂电池。2021年前10个月,磷酸铁锂装车量增速316.4%,三元材料装车量增速为100.1%。尽管前10个月,三元锂装车量为54.1GWh,较磷酸贴锂电池装车量53.2WH略高一些,但2021年7月以来,磷酸铁锂装车量连续3个月超过三元锂,按照这一趋势,2021年磷酸铁锂材料的市场份额有望反超三元材料。短短4、5年间,动力电池正极材料市场竞争格局就发生了两次反转。11月18日,工信部电子信息司发布《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》(征求意见稿),进一步提高对锂电池能量密度要求,三元锂与磷酸铁锂的竞争还将继续下去。03、高镍化趋势下三元材料厂商谁占有先机?在工信部征求意见稿公布后,中信证券的研报认为,“在汽车电动化和智能化的背景下,动力电池对高能量密度的电池材料的追求不会止步。三元材料在能量密度等方面的优势将使其继续作为乘用车动力电池正极材料的主要选择。”不过,中信证券在研报中也表示,预计未来文件的出台不会对磷酸铁锂行业发展造成实际性压制,磷酸铁锂仍将受益于新能源汽车和储能行业的快速发展。11月19日,比亚迪董事长兼总裁王传福表示,电池的投入问题在于技术路线,三元还是磷酸铁、圆柱还是方形,走错方向可能导致100亿元打水漂,还会浪费三年时间。不仅电池厂商要面对路线选择的挑战和压力,上游的正极材料厂商同样要面对选择三元锂还是磷酸铁锂的难题。从锂电池正极材料种类看,三元材料的占比从2016年的33.8%上升至2018年的47.1%,自 2019年开始占比逐年下降,从2019年的45.9%下降至2021上半年的39.2%。而磷酸铁锂的占比从2016年的35.8%下降至2018年的21.9%,自2019年开始占比逐年上升,从2019年的22.6%上升至2021上半年的35.6%。与负极、电解液、隔膜等行业相比,正极行业的市场格局较为分散,CR5的市场份额从2019 年的38%小幅下降至2020年的37%。目前,生产三元材料的主要公司包括容百科技、当升科技、长远锂科、振华新材、厦门钨业等。其中,当升科技和长远锂科以常规三元材料NCM523、NCM622为主,高镍三元材料占比相对较低。2021年前3季度,当升科技收入51.71亿,同比增长155%;长远锂科收入45.36亿,同比增长322.95%。从市占率来看,三元材料仍然以NCM523为主。2020年,NCM523在三元材料中市占率为53%,NCM811占比22%。但从电动车降低成本和提高续航能力的角度考虑,动力电池三元正极材料向高镍化发展是大势。2020年,常规三元NCM523占比同比下降9个百分点,高镍三元NCM811占比同比提升9个百分点。不过,高镍三元材料仍然要攻克成本较高和安全性较差的瓶颈。目前,国内高镍三元材料龙头是容百科技,其NCM811正极出货量在国内市场占比超一半。2021年上半年,容百科技收入62.51亿,同比增长166.50%。不过,选择三元锂还是磷酸铁锂,最终还是要看终端市场的需求。新能源补贴退坡后,部分汽车消费者对购车成本的敏感性,转向售价较低的磷酸铁锂电池配套车型,这无疑会影响整车厂商的选择,进而影响到电池生产商及正极材料生产商。在工信部进一步提高锂电池能量密度要求后,三元材料生产商中,率先攻克高镍材料成本和安全性问题的公司,或许会在未来的竞争中占据优势。

作者: 曲奇 详情
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15个问题读懂钠离子电池的现状和未来

2021年11月8日,在钠离子电池专家会议上,来自复旦大学的专家介绍了目前钠电池技术背景和生产的进展情况。钠离子电池的技术背景:钠离子电子的储能机理和锂离子电池是一样的。都是利用离子在正负极之间的迁移来实现电能的储存和释放。钠离子本身也带正电荷,但是钠离子半径比锂大1/3,所以移动比锂慢,能量密度比离子锂电池低。但是钠资源非常丰富。锂能源材料国内非常少,主要靠进口,未来的成本越来越高。钠资源是锂资源的1000倍,从成本看,比锂矿多。但是钠离子电池的技术还不成熟,目前主要工作还是在实验室。按资源优势,是最有可能成为替代锂的资源。能量密度低,所以多能量密度要求高的就不适合,例如手机、笔记本电脑的应用替代就不行,但是对储能,电动车,体积比较大的,能量密度要求比较低的还是有较大的市场需求。钠离子电池未来不会一开始应用在乘用车,因为他们对能量密度要求高,但是电动大巴可以。分布式储能,电网的储能,场景很大,有很大的应用前景。技术进展方面:从研发的角度,目前钠电池的正负极材料借鉴了锂离子电池的材料体系。经过测试,正极还是用层状电极材料类似锂电里面的锂钴氧后者三元,这是将来有希望大规模生产的。另外的还有磷酸盐体系,但如果要把磷酸铁锂变成磷酸铁钠,磷酸铁钠的储钠性能很差,所以可能要用其他的元素替代或者优化,例如磷酸钒钠或者磷酸锰钠之内的,但是也是磷酸盐体系。另外就是普鲁斯兰类的体系,普鲁斯蓝类的光电循环比较稳定,但是缺点是能量密度比较低,容量也比磷酸盐和轮状材料低。所以现在还没有确定三大材料体系,哪个组好。负极在锂电里面最成熟的是石墨。但是用石墨作为负极材料,性能非常差,不能做强大的用途。另外的硬碳材料做负极很不错,硬碳材料是一种稍微杂乱排列无定形的结构材料。这种硬碳材料的储钠性能,目前的实验室结果是可以和目前石墨处理的性能相媲美。所以现在负极方面最好的电池负极材料就是硬碳,但是硬碳还没有大规模量产的生产商,但是有些生产企业已经在布局硬碳的量产,但是准确时间还不确定。锂电池的电解液用的是六氟磷酸锂溶液,钠电池用的是六氟磷酸钠溶在碳酸锂,运行起来的效果很好。如果要用于高压电的话,要用到高氯酸钠,就是把溶解的盐稍微换一下。但无论如何,和锂电的电解液非常相近,溶剂不变。隔膜完全可以用和锂电池一样的隔膜。负极可以用铝箔作为节流机,因为铝箔比铜箔的成本要低很多,用铝箔做负极可以降低集流体。集流体的制造工艺和锂电的制造工艺也是非常的类似。所以锂电的生产线稍微调整一下就可以进行钠离子电池的生产,所以如果电池厂想要转型,它的重置成本不会太大。现在量产最大的问题还是这是兴起的技术,要从实验室到产业化去推广,他的技术稳定性以及材料的成熟度不会很高。Q&A1. 低温情况下钠离子表现更好,现在是不是真的可以达到160wh/kg?理论上可以达到。但是没有给循环寿命的参数。目前的循环稳定性不好。市面上电动车要求2000次,但是现在研究只能是1000次。160wh/kg。快充15分钟80%的电量,理论上没问题。低温情况更好由于没有材料的组份和参数,所以保持怀疑。钠电池体积比锂电池大,动力学性能会相对差一些,钠离子的移动会慢。钠离子同时也存在受低温的影响。一般来说钠离子的低温性能比锂差,但是不知道宁德时代是否采用了新技术。2. 循环寿命的主要影响因素是什么?循环寿命的指标之后的提升空间有多大,然后大概预计可能在什么时候能满足作为储能电池的循环?正负极材料的结构稳定性。钠离子可逆的拖嵌,正极材料是经济材料,这个材料可以发生变化。有些材料的相对稳定性好,所以可以保持循环寿命。钠离子的循环没有其他的好,主要是体积过大,对材料结构的破坏更大,从长寿命来看可以达到1000次。但是这个问题在将来通过技术可以得到解决。可以使材料更加稳定。未来3-5年,加起来可以循环3000-4000次没有问题。3. 如果都替换掉正负极材料,钠离子替换锂的话,成本比现在有多少下降?现在钠离子还没有量产,现在主要还在实验室,材料花费比现在产业化的锂要高。但进行量产后,加入整个生产工艺和锂电池持平,整个成本可以降低50%左右。但是现在还没有确定正负极材料,所以无法估算。负极稍微比锂稍微有点优势。大的优势还是在正极,因为在正极里先对金属离子方面,锰的相对性能更加稳定,基于钠锰氧的体系,里面再参入一些镍或者钴铁之类的元素,并不会太贵。但是锂电都在做高镍,里面的钴和镍不能少,成本比锰高很多,但是用锂锰氧,锰多的话性能就会很差。但是锰在钠里面可以用做大量的稳定元素,不用用镍和钴。用锰作为主要的金属元素结合碳酸钠,在量产以后,成产成本比现在的锂电池会大幅度的降低。4. 现在国内的锂离子电池的公司,从技术上比较一下,有没有什么公司是比较领先的?主流的企业里,宁德时代的企业有团队做钠离子电池,他们的研发团队比较大,在布局的考虑会长远一些,他们现有钠离子电池,也有新闻发布。所以他们的技术比较领先,另外很多高校现在都在做研发,例如中科院孵化了中科海纳,专门做钠离子电池。上海交大在绍兴孵化了钠创新能源,主要做储能电池,也是初创的钠离子电池公司。这两个是专门做钠离子电池的研发和产业话的,不做锂电池。宁德时代主业还是其他,只是做了点钠方面的研发。但是现在的钠离子电池都并不成熟,尽管宁德时代说明后年会进行量产,但是他们的产品应该也只还处于实验室阶段。5. 中科海纳开发出了一款钠电池,能量密度大概145wh/kg,循环寿命可以达到4500次以上,你如何看?循环寿命要看在什么条件下,一般来说循环2000次就很不错了,但是如果充电在80%的范围内充放电的话可以达到3000-4000次。循环的寿命高取决于充电的截止电压,因为截止电压提高0.1伏,它的循环寿命会下降很多。中科海纳的正极材料也是基于层状材料,基于钠锰氧的体系,里面做了些铜铁钴之类的元素掺杂,负极用的也是硬碳。电解液用的也应该是六氟磷酸钠。6. 国家在产业政策有什么具体措施?国家层面很支持,但是还没有具体措施。国家电网和科技部,布局了很多钠电池项目和投入了资金鼓励科研单位和企业申请。国家电网针对储能难的应用,包括风电太阳能的储能站,钠离子的需求都投入了经费研发。其他的暂时没有,不过会陆续推出政策。7. 钠电池的制造设备和锂电池有什么区别?材料的制造设备几乎一样。只是把原材料换一下。锂电的三元材料或者钴酸锂都是用工程电和固相法支配,正极材料生产线投入的原材料主要是碳酸锂,氧化镍,酸苯或者金属盐加上碳酸锂或者氢氧化锂。钠电池里面就是金属盐不变,就是把碳酸锂或者氢氧化锂换成碳酸钠和氢氧化钠,但整个合成工艺是一样的。对于正极的生产商来说,可以基本沿用目前的锂电正极生产设备,但是具体的生产参数和条件上要做些调整。但是设备是基本相同的。石墨方面的差别也不会太大。电解液方面也基本类似,就是把溶解的六氟磷酸锂换成六氟磷酸钠,但和整个锂电池的生产线差别不大。8. 如果钠离子能做固态电池的话,能量密度能提升多少?是不是性价比会更高一些?钠离子的固态电池优势不太大。一方面它的技术成熟度目前来看还比较低,主要问题是钠电池的固态电解质没有特别好的固态。而且现在固态电池也不是很成熟,这也是现在固态电池需要突破的壁垒。或者把电解液换成固态电解质。但是固态电解质至今没有特别好的。正负极材料现在比较常用的就是层状材料或者硬盘材料,但钠离子的体积比例较大,在固体里面迁移更不容易,它的离子导电率在电解质里面比较差。所以如果要做固态的钠电池,就得先找离子迁移率比较高的。要研发出性能比较好的得5-10年。9. 如果钠电池找到好的电解质,那能量密度能提高多少?如果够不到200wh/kg的话,那他对液态钠离子电池的提升非常有限。做得好的话,可能达到150-180wh/kg。电解液在电池里面的重量占到20%多,如果全部做成固态,做得好的话,可以做的很薄,整个能量密度也可以被优化。但是固态电解质不能被做的很薄,会有短路的风险,做厚的话,能量密度就会被降低。现在的钠电池不太成熟,所以固态电池的性能现在看还是远低于液态钠离子电池。正负极的容量,液态里面,可以发挥90%-100%的能量,但是固态里可能只能用到60%-70%。因为涉及到离子在固体里的迁移,电解液可以渗透到正负极里,所有正负极材料的颗粒都可以和电解液接触。但是在固体里,就得要有一个离子的传输通道,但这样在正负极里,可能会导致颗粒触摸不到电解液正负极,正负极的利用率会打折,能量密度的提升也会有限。10. 国外是否也有发展钠离子电池的计划,他们的进展如何?美国和欧洲现在都有一些研究项目,包括美国现在也专设了一些钠离子电池的项目研发,但是美国的钠离子电池的研发进展总体上还是落后我国和韩国,现在中国和韩国是领先美国和欧洲的。美国有几家初创公司也想做钠离子电池的产业化,但是他们的规模和技术都不如国内的相关企业。韩国的LG,三星和SKI也在布局,他们的进度和中国差不多。11. 当钠离子的技术成熟后,能够占到的电池总装机量比例是多少?钠离子的技术优点在量产商体现出来,缺点是能量密度比锂离子电池弱。它的应用主要集中在储能还有对能量密度要求不高的电动工具例如低速电动车,电动大巴之类的。所以如果技术发挥在钠成熟的话,它在储能领域市占率能超过50%。但是在动力电池方面,钠离子电池很难占到比较高的市场份额,最多到20%。12. 钠离子电池和燃料电池谁可以更快更成熟的发展?从技术成熟度上看,更看好钠离子电池,因为工艺上与锂离子电池非常类似,而锂离子电池已经非常成熟了,所以钠离子电池推进量产的过程会很快,2-3年之内相关的产业链可以建立起来。但燃料电池要大规模生产和应用还是相对比较长远的。燃料电池是解决能源问题的终极目标,最后就是氢氧的反应,非常的清洁,能量密度也很高。但是现在的瓶颈就是氢的储存和释放,以及燃料电池里面催化剂贵金属的问题,贵金属成本很难下降,也很难找到替代的薄催化剂技术。所以这两个技术瓶颈很难在短期内攻克。燃料电池真的成熟可能要到3/50年以后,制氢的成本可以下来。13. 如果钠离子原材料中国是可以完全自主提供,是不是不需要像锂材料这样大规模进口?钠离子的原材料,中国的矿产足够。14. 钠离子电池和锂离子电池燃料燃料电池是否会并存?可能性很大。因为每个技术都有它的特点和应用场景。锂电池,燃料电池,钠电池的技术和针对性场景都不一样,所以并存的可能性非常大。包括铅酸电池也不会退出市场。目前的铅酸电池每年的量产和应用都在增长,只是增长的没有锂电池快。15. 铅酸现在大规模用的还是什么地方?储能电站和燃油车的起停电池,这两方面。因为它的技术成熟,产业循环也做得很好,电池回收等。虽然铅有毒,有污染,但是收回循环做的好,也可以把污染规避掉。这个回收技术是现在的锂电池还不具备的优势。但是大量的动力锂电池退役后,电池的回收利用也是存在的大问题。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 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。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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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!

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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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)

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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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。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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锂电池龙头国轩高科遭合作方发难,产品自燃爆炸?

国内动力电池龙头国轩高科又被推上了风口浪尖。11月28日,瓯鹏科技前总经理林峰在“吹哨电池安全——国轩锂电池疑似存质量缺陷说明会”上表示,公司使用了国轩高科的电芯原材料,发生了电池爆燃和自燃事故,造成了非常大的损失。发布会上,两名自称代表国轩高科的女士突然半路杀出,爆出“瓯鹏拖欠国轩货款3000多万”等猛料,并与现场工作人员发生冲突。中国证券报·中证金牛座APP记者从知情人士处获悉,国轩高科已起诉瓯鹏科技。双方各执一词“2019年,瓯鹏科技、国轩高科和国内某知名共享电动单车企业达成合作,由瓯鹏科技采购国轩高科15Ah圆柱电芯进行电池包组装,并提供给该共享电动单车企业运营。”林峰向中国证券报·中证金牛座APP记者介绍。据悉,上述项目经过近半年的筹备,瓯鹏科技于2020年4月开始向共享电动单车企业批量供货。到自燃事故发生前,瓯鹏科技共生产近10万套共享单车电池包,采购国轩高科圆柱电芯超100万只。不过,该共享单车投入市场几个月内,陆续发生了数十起电池包自燃和爆炸事件。基于安全考虑,瓯鹏科技召回了多批次疑似有安全问题的电池包,并根据客户要求进行检测和验证。2020年10月下旬,根据返回电池包中发现存在部分电芯出现漏液的情况,国轩高科向瓯鹏科技发出了质量问题说明材料及整改意见,并承诺11月30日之前完成产品质量整改。“2020年11月2日,在国轩高科技术及市场人员现场见证下,双方对出现问题的电池包进行技术分析,确认了电芯存在漏液、腐蚀和防爆阀失效等多项质量问题,双方共同在会议纪要上签字确认,国轩方面人员承诺尽快对问题进行分析和解决。”林峰表示。图片来源:瓯鹏科技就在事情要告一段落的时候,林峰称,2020年11月11日,按照发货标准包装完毕存放于工厂发货区的成品电池包突然发生自燃爆炸,引起大火。就在发布会正在进行的时候,两名自称代表国轩高科的女士突然发难,质问“为何国轩高科起诉瓯鹏拖欠货款3000多万?”“公司过去一年半里和国内前十的动力电池企业中四家都出现了纠纷(中航、国轩、亿纬、力神)是否属实?”并与现场工作人员发生冲突。安全问题受关注2021年4月16日,位于丰台区西马场甲14号的北京福威斯油气技术有限公司光储充一体化项目发生火灾爆炸,事故造成1人遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤,火灾直接财产损失1660.81万元。11月22日,北京市应急管理局官方通报称,经调查,事发项目南楼起火直接原因系西电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池热失控起火。北楼爆炸直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池及电池模组热失控扩散起火,事故产生的易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散,与空气混合形成爆炸性气体,遇电气火花发生爆炸。作为事故相关方,福威斯油气公司因未发现并消除火灾隐患,由消防救援机构依据有关规定依法给予行政处罚。该公司由合肥国轩高科动力能源有限公司、刘博(个人)、北京福威斯投资管理中心(刘博控股)和其他个人分别持股约40%、33%、24%和3%。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高表示,高比能量动力电池有三种主要热失控机理:第一种是隔膜刺穿导致内短路引发热失控;第二种是高比能量电池正极析释活性氧,析氧密度随着比能量提升在不断下降;第三种是负极析活性锂,就是快充或者过充引起的。欧阳明高指出,通过内短路检测的算法以及一系列的工程方法等,可以提高电池管理系统安全管理的能力。“电池只隔热是不够的,还要有散热的设计。还有一些电池隔热、散热必须全部一起上才有可能做好。”

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日本研发出更安全的锂电池

新华社东京11月24日电 日本一个研究团队研发出以水代替可燃性有机溶剂材料、用纳米级钼系氧化物做负极的新型锂离子电池。这种电池安全性较高不用担心起火事故,而且可以快速充电。手机和电动汽车等使用的锂离子电池的电解液使用可燃性有机溶剂,因此有起火的危险。人们试图寻找一种更安全的电解液材料。来自日本横滨国立大学和住友电气工业公司等机构的研究团队用水作为电解液,并寻找可以不降低电池性能的电极材料。研究人员发现使用纳米级钼系氧化物做电池的负极,电池性能可达到可实用的水平。由于这种电池没有着火风险,并可快速充电,即使重复充放电2000次,电池容量也只减少不到30%,因此有望用于储能电池或者短距离电动汽车等。研究团队的目标是3年后使这种新型电池实用化。相关研究论文发表在最新一期美国《国家科学院学报》上。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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磷酸铁锂投资持续加码 10月以来规划产能近百万吨

德方纳米、龙蟠科技、芭田股份、华友钴业……众多上市公司在磷酸铁锂方面的布局近期频频“刷屏”,投资热度延续了2021年前三季度的态势。经梳理发现,10月份以来,上市公司公布的磷酸铁锂项目规划年产能合计近100万吨,远超2020年的实际产能。拓展高性能新材料、海外投资磷酸铁锂项目——上市公司在磷酸铁锂项目投资扩产过程中,除了产业链延伸、强强合作等模式外,在产业链、地域布局等方面呈现出新特点。技术扩圈磷酸盐系材料进展提速10日晚间,磷酸铁锂龙头企业德方纳米发布公告称,公司拟向特定对象发行不超过2676.80万股A股股票,预计募集资金总额不超过32亿元。本次发行的募集资金在扣除发行费用后,将用于年产11万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目及补充流动资金。相比于起初披露的共计10万吨产能,德方纳米此次在新型磷酸盐系正极材料的产能投建上微幅上调了1万吨达11万吨。公告显示,该项目的建设地点位于云南省曲靖市。在众多上市公司通过磷化工产业链布局磷酸铁锂、锂电池上下游企业共同开发正极材料、行业龙头湖南裕能谋求上市的竞争格局中,德方纳米选择了在磷酸铁锂材料上“更进一步”。德方纳米表示,磷酸盐系正极材料行业具有较高的技术壁垒,不断优化更新的产品生产工艺和庞大的研发投入使得新进入者难以形成竞争力。业内人士分析,新型磷酸盐系正极材料为磷酸锰铁锂材料,具有高电压平台和高克容量的特点,在单GWH成本基本不变的情况下,德方纳米解决了其原有的循环次数和安全性“短板”。德方纳米表示,新型材料可以显著提升电池的能量密度,并且保留了高安全性和低成本等优势。此次定增可提前布局新型磷酸盐系正极材料市场,提升在正极材料领域的市场地位。公司透露,目前新型磷酸盐系正极材料产品已通过小试环节,并初步投入建设研发中试线,产品已通过下游重点客户的小批量验证,获得客户的高度认可。德方纳米还提示了其下游客户的消化能力:公司主要客户宁德时代8月拟募集资金不超过582亿元,投入锂离子电池的研发和扩产计划,新增锂离子电池产能合计137GWH;主要客户亿纬锂能及其子公司拟投资建设年产104.5GWH的新能源动力储能电池产业园。投资出海磷酸铁锂项目有望突破此前,另一磷酸铁锂头部企业龙蟠科技发布公告称,公司控股子公司常州锂源拟与投资机构STELLARINVESTMENTPTE.LTD.(以下简称“STELLAR”)在印尼投资设立合资公司,在中苏拉威西省莫罗瓦利县莫罗瓦利工业园内,投资开发建设年产10万吨磷酸铁锂正极材料项目。项目总投资约为2.35亿美元,常州锂源持有合资公司70%股权。龙蟠科技表示,投资合同所涉及的投资项目产品,主要是公司基于未来发展需要进行的战略布局,扩大产业规模,满足国际电池公司的海外市场需求,从而推动公司稳健发展,持续提升公司的综合竞争力。财信证券认为,储能电池的放量和海外动力电池的装机将是推动磷酸铁锂电池需求的重要推动力,预计到2025年磷酸铁锂需求将达到216万吨。龙蟠科技的扩张步伐不止于此。2021年,龙蟠科技宣布了多个磷酸铁锂相关扩产计划——4月,常州锂源宣布收购贝特瑞(天津)和贝特瑞(江苏)各100%股权;8月,常州锂源拟与新洋丰成立合资公司,投资年产5万吨磷酸铁锂项目。龙蟠科技的大举扩张以及其在海外项目的可行性引起监管部门的关注。上交所在问询函中要求龙蟠科技“结合公司磷酸铁锂正极材料目前产能情况、在建项目情况、产线开工率、产品订单情况等说明持续对外投资建设相关产能的必要性”。“当地相关的矿产资源比较富集。”龙蟠科技相关负责人介绍说,公司选择在印尼布局,充分考虑到各类生产要素成本较低的情况,可以在一定程度上满足下游国际客户日益增长的需要。盛新锂能宣布与STELLAR合作在中苏拉威西省莫罗瓦利县莫罗瓦利工业园进行3.5亿美元的投资,包括年产5万吨氢氧化锂和1万吨碳酸锂项目;亿纬锂能与华友国际等在印尼建设红土镍湿法冶炼项目;宁德时代印尼电池工厂预计将在2024年投产。磷酸铁锂行业产能翻倍式的增长,引起业内对产能过剩的关注。21世纪资本研究院认为,2022年磷酸铁锂仍然处于供需紧平衡状态,产能过剩何时出现则需视供给端产能释放节奏而定。此外,磷酸铁锂项目的建设周期一般为1年到1年半,投资增加的产能或在2022年和2023年显现。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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磷酸铁锂企业纷纷布局“一体化”

近日,宁德时代发布公告称,拟由控股子公司在湖北省宜昌市投资建设邦普一体化电池材料产业园项目,投资总金额不超过320亿元。业内人士分析认为,为迎接即将到来的太瓦时时代,头部动力电池企业产能规模普遍向百吉瓦时体量迈进,这就需要配套材料规模向10万吨级别以上迈进,倒逼动力电池企业深度参与到上游布局之中,加速一体化布局。推动成本下降宁德时代表示,邦普一体化电池材料产业园项目的实施,有利于进一步完善在锂电新能源产业的战略布局,发挥产业协同优势,保障电池材料供应,推进退役动力电池全生命周期管理的目标。业内有分析认为,通过自建、并购或参股等方式,扩大产能规模,不断提升原料自供占比,提升产能利用率,可以降低制造成本。“降本是电池企业‘一体化’布局的主要原因。”伊维经济研究院研究部总经理吴辉在接受记者采访时表示,“现在磷酸铁锂的价格比三元电池低,短期之内会有很大市场。像邦普原来只做前驱体,在看到磷酸铁锂的发展趋势之后也开始布局。”另外,富临精工、湖北万润、德方纳米等磷酸铁锂企业也在向上延拓磷酸铁锂原材料布局。湖北万润与龙佰集团合建磷酸铁,并锁定硫酸亚铁等上游资源;富临精工入股恒信融谋局盐湖提锂,拓宽原材料供应链;德方纳米新建年产20万吨磷酸铁锂前驱体项目。“‘一体化’布局有助于提高企业电极材料的生产连续性、批量一致性,进行工艺、质量控制,降低整体成本,缩短供货周期,压低原材料及半成品的库存量。”新能源与智能网联汽车研究者曹广平说。化工企业跨界涌入大批化工企业也跨界涌入。9月,眉山高新技术产业园区管理委员会对万华化学(四川)有限公司《年产5万吨磷酸铁锂锂电正极材料一体化项目》环境影响评价进行第一次公示,建设内容包括年产5万吨磷酸铁、5万吨磷酸铁锂;另外,新洋丰、川发龙蟒、川金诺、川恒股份、龙佰集团、中核钛白、安纳达、司尔特等磷化工和钛白粉企业,也宣布利用主营产品的副产品跨界投建磷酸铁、磷酸铁锂材料项目。曹广平认为,化工企业的入局,代表目前新能源汽车及电池产业的热度已经形成跨界传导。产业链纵向一体化的同时,横向上也加大了产业化规模化程度。有业内人士分析认为,从万华化学进军磷酸铁锂领域看,跨界而来的企业是在锂电池产业链上进一步延伸至上游,拓展锂电多元化产品组合。“因为磷酸铁锂的很多原材料都属于化工原料,所以化工企业入局是充分利用了自身原材料供应方面的优势。另外,跨界到新能源对他们来讲也是一个转型升级的方向。”吴辉说。需要理性看待由于磷酸铁锂电池需求持续旺盛,磷酸铁及磷酸铁锂产能供不应求,规划产能快速扩张。据研究咨询机构高工产业研究院统计,截至8月,磷酸铁锂正极总规划扩产超过了240万吨。业内人士判断,随着产能大规模集中投放,竞争会加剧,资源掌控、成本控制和产品迭代能力将成为决定胜负的关键。“总体来讲,无论是自行布局,还是像宁德时代那样通过投资的方式来布局,上下游一体化布局的方式,都能够在原材料价格上涨且上涨预期很强烈的情况下,锁定一部分上游材料的供应量和供应价格,从而降低电池的成本,对冲价格上涨。”吴辉称。“目前的新增产能,以重复上量为主,有助于缓解当前的电池荒和电池材料荒以及原材料大幅涨价的困境,但是未来会显现低水平重复建设的弊端。当前,磷酸铁锂电池技术路线的回归虽然是合理的,但电池技术不可能停滞不前,磷酸铁锂阶段性过剩后,产业及技术发展反而会承受较大损失。”曹广平说,“建议企业在‘一体化’布局、新上铁锂相关项目的同时,也要关注下一代电池的技术开发。一旦政策或技术路线有变,铁锂回归后,是否又会过热,需要理智研究。”

作者: 姚美娇 详情
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能量密度指引量化,磷酸铁锂“逆袭”三元锂的趋势还能继续吗?

文丨公司研究室,作者丨曲奇关于新能源车动力电池,市场上一直有三元锂电池和磷酸铁锂电池技术路线的争论,前者成本高但续航时间长,后者续航略差但成本低且安全性高。过去由于新能源政策补贴,2017年到2019年,能量密度高的三元锂电池成为市场主导。但2019年补贴逐步退坡后,磷酸铁锂电池凭借成本优势和技术突破,又赢得了市场青睐,磷酸铁锂2021年装机量有望反超三元锂。11月18日,工信部的意见稿再次提高对锂电池能量密度的要求。市场预期,成本优势会让磷酸铁锂正极材料在中低端的份额扩大,中高端乘用车以三元正极材料为主,且三元正极会朝着高镍化的趋势发展。容百科技、长远锂科等三元材料厂商中,谁能在高镍化的趋势下脱颖而出?01、政策倾斜三元锂材料主导市场新能源汽车的快速发展及普及,离不开动力电池性能的突破、成本的下降。作为新能源汽车的“心脏”,动力电池的成本在整车中占比约40%,其性能更是直接决定了整车的安全性和续航里程。新能源汽车动力电池的发展存在锂离子电池、燃料电池、钠离子电池等技术路线,目前应用最为广泛的是锂离子电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质和电池外壳等材料组成,其中正极材料主要决定了电池的能量密度及安全性,进而影响电池的综合性能。此外,正极材料在锂离子电池成本中占比约为40%,其成本也影响了电池整体成本的高低,进而影响了整车成本。按正极材料的不同,锂离子电池又可分为锰酸锂电池、钴酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池等类型。其中,三元锂电池和磷酸铁锂电池是绝对主力。中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示,2021年前10个月,我国动力电池累计装车量107.5GWh,其中三元电池和磷酸铁锂电池的装车量占总装车量比例为99.8%。三元锂电池和磷酸铁锂电池各有优点,三元锂电池由不同比例的镍、钴、锰(铝)元素组成,具备耐低温、能量密度高等特性,但成本高、易燃易爆炸;磷酸铁锂电池的优点在于成本低、循环寿命高、热稳定性好、安全性能高等优点,但不足之处在于不耐低温、能量密度低、续航差。过去几年,由于政策补贴、成本等因素,三元锂电池和磷酸铁锂电池的市场份额此消彼长。新能源汽车发展初期,考虑到排放以及燃油经济性,政策向商用车倾斜,磷酸铁锂的安全性、循环寿命等优势让其迅速成为正极的首选,市占率遥遥领先。2016年,磷酸铁锂电池在国内动力电池市场的占有率高达69%。然而,2017年随着国家调整新能源汽车补贴政策,首次将电池能量密度纳入补贴参考指标后,磷酸铁锂电池和三元锂电池的市场地位发生了改变。当时,磷酸铁锂电池能量密度主要集中在70—80Wh/Kg,无法满足“纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90Wh/kg,对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴”这一标准,这导致市场逐步向能量密度更高的三元锂电池偏移。2018年,磷酸铁锂电池的市占率首次被三元锂电池超越。根据动力电池联盟数据显示,2018年,国内动力电池累计产量达70.6GWh,其中三元电池占比55.5%,磷酸铁锂电池占比下降至39.7%。2020年一季度,三元锂电池的市占率提升到76%,有一家独大的趋势,就连部分券商也认为三元材料将主导正极市场。然而,谁也没料到锂电池竞争格局又出现了逆转。02、补贴退坡后磷酸铁锂电池卷土重来常见的三元正极材料由镍钴锰组成,化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2,型号有NCM333、NCM523、NCM622、NCM811。其中,333和811等数字指的是NCM材料中Ni/Co/Mn的摩尔系数比。以NCM333和NCM811做对比,NCM811就是一种高镍低钴的三元正极材料。由于钴是一种资源相对匮乏的金属,且钴的市场价格较高,钴含量越高动力电池的成本也会增加。通过提高价格较低的镍金属含量,减少价格较高的钴金属含量,不仅能提高能量密度,还能降低三元正极材料成本,于是三元正极材料逐渐向高镍化甚至是无钴化发展,NCM622、NCM811和NCA(镍钴铝)等高镍材料成为主流。三元正极材料在2017年后的快速发展,少不了补贴的助力,而2019年以来,随着新能源车补贴的逐步退坡,成本成为各家整车厂商不得不考虑的事情。随着宁德时代CTP技术以及比亚迪刀片电池技术的相继推出,成本较低、性能提升的磷酸铁锂电池又获得了整车厂的青睐。根据华安证券2021年初的研报,磷酸铁锂的使用成本约为0.08元/Wh,相比三元正极材料可以节省0.15—0.21元/Wh,对应降低成本65%至72%。在现行补贴政策下,例如带电量55kWh、续航405公里的三元电池替换为磷酸铁锂电池,成本可下降0.46万元至0.56万元。于是,成本端的优势让磷酸铁锂材料增速再次远高于三元材料。公开数据显示,2020年国内动力电池产量达83.4GWh,同比下降2.3%。但磷酸铁锂电池产量同比增长24.7%达到34.6GWh,三元电池产量同比下降12%为48.5GWh。2020年下半年以来,上游大宗商品价格暴涨,整车厂成本端的压力在2021年显得更为突出,多家整车厂商纷纷加速由三元电池转向磷酸铁锂电池。2021年4月,比亚迪宣布全系纯电乘用车型将搭载磷酸铁锂刀片电池。7月,马斯克表示,未来特斯拉将使用2/3的磷酸铁锂电池和1/3的三元电池。10月,特斯拉宣布,全球范围内的标准续航版Model 3和Model Y,将全部改用磷酸铁锂电池。此外,大众、福特、奔驰都已明确会在入门级车型上使用磷酸铁锂电池。2021年前10个月,磷酸铁锂装车量增速316.4%,三元材料装车量增速为100.1%。尽管前10个月,三元锂装车量为54.1GWh,较磷酸贴锂电池装车量53.2WH略高一些,但2021年7月以来,磷酸铁锂装车量连续3个月超过三元锂,按照这一趋势,2021年磷酸铁锂材料的市场份额有望反超三元材料。短短4、5年间,动力电池正极材料市场竞争格局就发生了两次反转。11月18日,工信部电子信息司发布《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》(征求意见稿),进一步提高对锂电池能量密度要求,三元锂与磷酸铁锂的竞争还将继续下去。03、高镍化趋势下三元材料厂商谁占有先机?在工信部征求意见稿公布后,中信证券的研报认为,“在汽车电动化和智能化的背景下,动力电池对高能量密度的电池材料的追求不会止步。三元材料在能量密度等方面的优势将使其继续作为乘用车动力电池正极材料的主要选择。”不过,中信证券在研报中也表示,预计未来文件的出台不会对磷酸铁锂行业发展造成实际性压制,磷酸铁锂仍将受益于新能源汽车和储能行业的快速发展。11月19日,比亚迪董事长兼总裁王传福表示,电池的投入问题在于技术路线,三元还是磷酸铁、圆柱还是方形,走错方向可能导致100亿元打水漂,还会浪费三年时间。不仅电池厂商要面对路线选择的挑战和压力,上游的正极材料厂商同样要面对选择三元锂还是磷酸铁锂的难题。从锂电池正极材料种类看,三元材料的占比从2016年的33.8%上升至2018年的47.1%,自 2019年开始占比逐年下降,从2019年的45.9%下降至2021上半年的39.2%。而磷酸铁锂的占比从2016年的35.8%下降至2018年的21.9%,自2019年开始占比逐年上升,从2019年的22.6%上升至2021上半年的35.6%。与负极、电解液、隔膜等行业相比,正极行业的市场格局较为分散,CR5的市场份额从2019 年的38%小幅下降至2020年的37%。目前,生产三元材料的主要公司包括容百科技、当升科技、长远锂科、振华新材、厦门钨业等。其中,当升科技和长远锂科以常规三元材料NCM523、NCM622为主,高镍三元材料占比相对较低。2021年前3季度,当升科技收入51.71亿,同比增长155%;长远锂科收入45.36亿,同比增长322.95%。从市占率来看,三元材料仍然以NCM523为主。2020年,NCM523在三元材料中市占率为53%,NCM811占比22%。但从电动车降低成本和提高续航能力的角度考虑,动力电池三元正极材料向高镍化发展是大势。2020年,常规三元NCM523占比同比下降9个百分点,高镍三元NCM811占比同比提升9个百分点。不过,高镍三元材料仍然要攻克成本较高和安全性较差的瓶颈。目前,国内高镍三元材料龙头是容百科技,其NCM811正极出货量在国内市场占比超一半。2021年上半年,容百科技收入62.51亿,同比增长166.50%。不过,选择三元锂还是磷酸铁锂,最终还是要看终端市场的需求。新能源补贴退坡后,部分汽车消费者对购车成本的敏感性,转向售价较低的磷酸铁锂电池配套车型,这无疑会影响整车厂商的选择,进而影响到电池生产商及正极材料生产商。在工信部进一步提高锂电池能量密度要求后,三元材料生产商中,率先攻克高镍材料成本和安全性问题的公司,或许会在未来的竞争中占据优势。

作者: 曲奇 详情
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15个问题读懂钠离子电池的现状和未来

2021年11月8日,在钠离子电池专家会议上,来自复旦大学的专家介绍了目前钠电池技术背景和生产的进展情况。钠离子电池的技术背景:钠离子电子的储能机理和锂离子电池是一样的。都是利用离子在正负极之间的迁移来实现电能的储存和释放。钠离子本身也带正电荷,但是钠离子半径比锂大1/3,所以移动比锂慢,能量密度比离子锂电池低。但是钠资源非常丰富。锂能源材料国内非常少,主要靠进口,未来的成本越来越高。钠资源是锂资源的1000倍,从成本看,比锂矿多。但是钠离子电池的技术还不成熟,目前主要工作还是在实验室。按资源优势,是最有可能成为替代锂的资源。能量密度低,所以多能量密度要求高的就不适合,例如手机、笔记本电脑的应用替代就不行,但是对储能,电动车,体积比较大的,能量密度要求比较低的还是有较大的市场需求。钠离子电池未来不会一开始应用在乘用车,因为他们对能量密度要求高,但是电动大巴可以。分布式储能,电网的储能,场景很大,有很大的应用前景。技术进展方面:从研发的角度,目前钠电池的正负极材料借鉴了锂离子电池的材料体系。经过测试,正极还是用层状电极材料类似锂电里面的锂钴氧后者三元,这是将来有希望大规模生产的。另外的还有磷酸盐体系,但如果要把磷酸铁锂变成磷酸铁钠,磷酸铁钠的储钠性能很差,所以可能要用其他的元素替代或者优化,例如磷酸钒钠或者磷酸锰钠之内的,但是也是磷酸盐体系。另外就是普鲁斯兰类的体系,普鲁斯蓝类的光电循环比较稳定,但是缺点是能量密度比较低,容量也比磷酸盐和轮状材料低。所以现在还没有确定三大材料体系,哪个组好。负极在锂电里面最成熟的是石墨。但是用石墨作为负极材料,性能非常差,不能做强大的用途。另外的硬碳材料做负极很不错,硬碳材料是一种稍微杂乱排列无定形的结构材料。这种硬碳材料的储钠性能,目前的实验室结果是可以和目前石墨处理的性能相媲美。所以现在负极方面最好的电池负极材料就是硬碳,但是硬碳还没有大规模量产的生产商,但是有些生产企业已经在布局硬碳的量产,但是准确时间还不确定。锂电池的电解液用的是六氟磷酸锂溶液,钠电池用的是六氟磷酸钠溶在碳酸锂,运行起来的效果很好。如果要用于高压电的话,要用到高氯酸钠,就是把溶解的盐稍微换一下。但无论如何,和锂电的电解液非常相近,溶剂不变。隔膜完全可以用和锂电池一样的隔膜。负极可以用铝箔作为节流机,因为铝箔比铜箔的成本要低很多,用铝箔做负极可以降低集流体。集流体的制造工艺和锂电的制造工艺也是非常的类似。所以锂电的生产线稍微调整一下就可以进行钠离子电池的生产,所以如果电池厂想要转型,它的重置成本不会太大。现在量产最大的问题还是这是兴起的技术,要从实验室到产业化去推广,他的技术稳定性以及材料的成熟度不会很高。Q&A1. 低温情况下钠离子表现更好,现在是不是真的可以达到160wh/kg?理论上可以达到。但是没有给循环寿命的参数。目前的循环稳定性不好。市面上电动车要求2000次,但是现在研究只能是1000次。160wh/kg。快充15分钟80%的电量,理论上没问题。低温情况更好由于没有材料的组份和参数,所以保持怀疑。钠电池体积比锂电池大,动力学性能会相对差一些,钠离子的移动会慢。钠离子同时也存在受低温的影响。一般来说钠离子的低温性能比锂差,但是不知道宁德时代是否采用了新技术。2. 循环寿命的主要影响因素是什么?循环寿命的指标之后的提升空间有多大,然后大概预计可能在什么时候能满足作为储能电池的循环?正负极材料的结构稳定性。钠离子可逆的拖嵌,正极材料是经济材料,这个材料可以发生变化。有些材料的相对稳定性好,所以可以保持循环寿命。钠离子的循环没有其他的好,主要是体积过大,对材料结构的破坏更大,从长寿命来看可以达到1000次。但是这个问题在将来通过技术可以得到解决。可以使材料更加稳定。未来3-5年,加起来可以循环3000-4000次没有问题。3. 如果都替换掉正负极材料,钠离子替换锂的话,成本比现在有多少下降?现在钠离子还没有量产,现在主要还在实验室,材料花费比现在产业化的锂要高。但进行量产后,加入整个生产工艺和锂电池持平,整个成本可以降低50%左右。但是现在还没有确定正负极材料,所以无法估算。负极稍微比锂稍微有点优势。大的优势还是在正极,因为在正极里先对金属离子方面,锰的相对性能更加稳定,基于钠锰氧的体系,里面再参入一些镍或者钴铁之类的元素,并不会太贵。但是锂电都在做高镍,里面的钴和镍不能少,成本比锰高很多,但是用锂锰氧,锰多的话性能就会很差。但是锰在钠里面可以用做大量的稳定元素,不用用镍和钴。用锰作为主要的金属元素结合碳酸钠,在量产以后,成产成本比现在的锂电池会大幅度的降低。4. 现在国内的锂离子电池的公司,从技术上比较一下,有没有什么公司是比较领先的?主流的企业里,宁德时代的企业有团队做钠离子电池,他们的研发团队比较大,在布局的考虑会长远一些,他们现有钠离子电池,也有新闻发布。所以他们的技术比较领先,另外很多高校现在都在做研发,例如中科院孵化了中科海纳,专门做钠离子电池。上海交大在绍兴孵化了钠创新能源,主要做储能电池,也是初创的钠离子电池公司。这两个是专门做钠离子电池的研发和产业话的,不做锂电池。宁德时代主业还是其他,只是做了点钠方面的研发。但是现在的钠离子电池都并不成熟,尽管宁德时代说明后年会进行量产,但是他们的产品应该也只还处于实验室阶段。5. 中科海纳开发出了一款钠电池,能量密度大概145wh/kg,循环寿命可以达到4500次以上,你如何看?循环寿命要看在什么条件下,一般来说循环2000次就很不错了,但是如果充电在80%的范围内充放电的话可以达到3000-4000次。循环的寿命高取决于充电的截止电压,因为截止电压提高0.1伏,它的循环寿命会下降很多。中科海纳的正极材料也是基于层状材料,基于钠锰氧的体系,里面做了些铜铁钴之类的元素掺杂,负极用的也是硬碳。电解液用的也应该是六氟磷酸钠。6. 国家在产业政策有什么具体措施?国家层面很支持,但是还没有具体措施。国家电网和科技部,布局了很多钠电池项目和投入了资金鼓励科研单位和企业申请。国家电网针对储能难的应用,包括风电太阳能的储能站,钠离子的需求都投入了经费研发。其他的暂时没有,不过会陆续推出政策。7. 钠电池的制造设备和锂电池有什么区别?材料的制造设备几乎一样。只是把原材料换一下。锂电的三元材料或者钴酸锂都是用工程电和固相法支配,正极材料生产线投入的原材料主要是碳酸锂,氧化镍,酸苯或者金属盐加上碳酸锂或者氢氧化锂。钠电池里面就是金属盐不变,就是把碳酸锂或者氢氧化锂换成碳酸钠和氢氧化钠,但整个合成工艺是一样的。对于正极的生产商来说,可以基本沿用目前的锂电正极生产设备,但是具体的生产参数和条件上要做些调整。但是设备是基本相同的。石墨方面的差别也不会太大。电解液方面也基本类似,就是把溶解的六氟磷酸锂换成六氟磷酸钠,但和整个锂电池的生产线差别不大。8. 如果钠离子能做固态电池的话,能量密度能提升多少?是不是性价比会更高一些?钠离子的固态电池优势不太大。一方面它的技术成熟度目前来看还比较低,主要问题是钠电池的固态电解质没有特别好的固态。而且现在固态电池也不是很成熟,这也是现在固态电池需要突破的壁垒。或者把电解液换成固态电解质。但是固态电解质至今没有特别好的。正负极材料现在比较常用的就是层状材料或者硬盘材料,但钠离子的体积比例较大,在固体里面迁移更不容易,它的离子导电率在电解质里面比较差。所以如果要做固态的钠电池,就得先找离子迁移率比较高的。要研发出性能比较好的得5-10年。9. 如果钠电池找到好的电解质,那能量密度能提高多少?如果够不到200wh/kg的话,那他对液态钠离子电池的提升非常有限。做得好的话,可能达到150-180wh/kg。电解液在电池里面的重量占到20%多,如果全部做成固态,做得好的话,可以做的很薄,整个能量密度也可以被优化。但是固态电解质不能被做的很薄,会有短路的风险,做厚的话,能量密度就会被降低。现在的钠电池不太成熟,所以固态电池的性能现在看还是远低于液态钠离子电池。正负极的容量,液态里面,可以发挥90%-100%的能量,但是固态里可能只能用到60%-70%。因为涉及到离子在固体里的迁移,电解液可以渗透到正负极里,所有正负极材料的颗粒都可以和电解液接触。但是在固体里,就得要有一个离子的传输通道,但这样在正负极里,可能会导致颗粒触摸不到电解液正负极,正负极的利用率会打折,能量密度的提升也会有限。10. 国外是否也有发展钠离子电池的计划,他们的进展如何?美国和欧洲现在都有一些研究项目,包括美国现在也专设了一些钠离子电池的项目研发,但是美国的钠离子电池的研发进展总体上还是落后我国和韩国,现在中国和韩国是领先美国和欧洲的。美国有几家初创公司也想做钠离子电池的产业化,但是他们的规模和技术都不如国内的相关企业。韩国的LG,三星和SKI也在布局,他们的进度和中国差不多。11. 当钠离子的技术成熟后,能够占到的电池总装机量比例是多少?钠离子的技术优点在量产商体现出来,缺点是能量密度比锂离子电池弱。它的应用主要集中在储能还有对能量密度要求不高的电动工具例如低速电动车,电动大巴之类的。所以如果技术发挥在钠成熟的话,它在储能领域市占率能超过50%。但是在动力电池方面,钠离子电池很难占到比较高的市场份额,最多到20%。12. 钠离子电池和燃料电池谁可以更快更成熟的发展?从技术成熟度上看,更看好钠离子电池,因为工艺上与锂离子电池非常类似,而锂离子电池已经非常成熟了,所以钠离子电池推进量产的过程会很快,2-3年之内相关的产业链可以建立起来。但燃料电池要大规模生产和应用还是相对比较长远的。燃料电池是解决能源问题的终极目标,最后就是氢氧的反应,非常的清洁,能量密度也很高。但是现在的瓶颈就是氢的储存和释放,以及燃料电池里面催化剂贵金属的问题,贵金属成本很难下降,也很难找到替代的薄催化剂技术。所以这两个技术瓶颈很难在短期内攻克。燃料电池真的成熟可能要到3/50年以后,制氢的成本可以下来。13. 如果钠离子原材料中国是可以完全自主提供,是不是不需要像锂材料这样大规模进口?钠离子的原材料,中国的矿产足够。14. 钠离子电池和锂离子电池燃料燃料电池是否会并存?可能性很大。因为每个技术都有它的特点和应用场景。锂电池,燃料电池,钠电池的技术和针对性场景都不一样,所以并存的可能性非常大。包括铅酸电池也不会退出市场。目前的铅酸电池每年的量产和应用都在增长,只是增长的没有锂电池快。15. 铅酸现在大规模用的还是什么地方?储能电站和燃油车的起停电池,这两方面。因为它的技术成熟,产业循环也做得很好,电池回收等。虽然铅有毒,有污染,但是收回循环做的好,也可以把污染规避掉。这个回收技术是现在的锂电池还不具备的优势。但是大量的动力锂电池退役后,电池的回收利用也是存在的大问题。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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储能钠电池技术的挑战与前景

一、前言2017 年 10 月,国家发展和改革委员会、国家能源局等五部委联合出台了《关于促进我国储能技术与产业发展的指导意见》,指出加快储能技术与产业发展,对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系具有重要的战略意义。这一政策的出台直接推动了“十三五”期间我国储能产业的蓬勃发展。随着“十四五”期间“双碳”目标的提出,2021 年 4 月,国家发展和改革委员会、国家能源局再次联合发布了第二部针对储能产业的国家级综合性政策文件《关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》,明确提出到 2025 年,实现 3000万kW 的储能目标,实现储能跨越式发展;到 2030 年,实现新型储能全面市场化发展。《关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》还指出,储能技术要以需求为向导,坚持多元化发展,这为储能技术的发展明确了目标和方向。目前,储能系统从发电侧、输配电侧到用户侧的一系列支撑服务逐渐成为弹性和高效电网的重要组成部分。较小型的分布式储能系统今后也将更广泛地在家庭、企业和通信基站中推广应用。我国储能呈现多元化发展的良好态势:抽水蓄能发展迅速,锂离子电池储能技术成熟度飞速提高,压缩空气储能、飞轮储能、超导储能和超级电容、钠硫电池、液流电池、铅蓄电池等储能技术研发应用加速,储氢、储热、储冷技术也取得了一定进展。其中,电化学储能(或二次电池储能)技术相对于水电、火电等常规功率调节手段具有较大技术优势:响应时间为毫秒级,跟踪负荷变化能力强,便于精确控制;对实施的地理环境要求较低;具有削峰填谷的双向调节能力。2021 年 4 月,中关村储能产业技术联盟(CNESA)发布的《储能产业研究白皮书 2021》显示,截至 2020 年年底,中国已投运储能项目累计装机规模 35.6 GW,占全球市场总规模的 18.6%,同比增长 9.8%,其中电化学储能的累计装机规模仅次于抽水蓄能,位列第二。目前,各种电化学储能技术的基本特征和成熟度各不相同,每一种技术都有不同的数量在全球不同的地点进行部署。包括锂离子电池、钠硫电池、钠 – 金属氯化物电池、液流电池和铅酸电池在内的 5 类电池技术已经被认为是较可靠的能源供应体系,在全球范围内有兆瓦级的装机规模。2017 年以来,锂离子电池急剧发展,占据了中国和美国储能市场绝大部分份额,技术成熟度不断提高。随着越来越多锂电储能系统的部署,安全事故的风险也随之增加,尤其是电池热失控导致的安全事故频发引起了人们的重视和担忧。2019 年,国家电网有限公司发布《关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见》,意见强调要严守储能安全红线。不仅如此,锂等元素昂贵,地壳中含量少且分布极不均匀,对于长期规模化应用而言可能会成为一个重要问题。钠元素和锂元素有相似的物理化学特性,且在地壳中储量丰富,资源分布广泛,因此发展针对规模化储能应用的储能钠电池技术具有重要的战略意义,近年来得到研究者的广泛关注。已经在储能领域规模化应用的钠电池体系主要包括两种,即基于固体电解质体系的高温钠硫电池和钠 – 金属氯化物电池体系。它们的负极活性物质均为金属钠,更准确地被称为钠电池。钠离子电池通常指有机体系钠离子电池,由于其技术水平提升较快,成为极有前景的储能电池之一。目前全球从事钠离子电池工程化的公司已有 20 家以上。最近,中国科学院物理研究所与中科海钠科技有限责任公司联合推出的 1 MWh 钠离子电池光储充智能微网系统在山西太原投入运行。宁德时代新能源科技有限公司(CATL)近期也发布了他们的第一代钠离子电池,能量密度达到 160 Wh/kg。然而钠离子电池尚未在储能产业上大规模推广,其应用优势有待验证。水系钠离子电池具有环保、低成本、制造方便、安全性好、易回收等优点,但是存在电压窗口较低、电极材料副反应等严重影响寿命的问题。因此,本文主要针对大规模储能用安全性改善的钠硫电池和钠 – 金属氯化物电池储能钠电池体系进行综述和研究。二、储能钠电池技术概述(一)钠硫电池钠硫电池是一种基于固体电解质的高温二次电池,它以钠作为阳极,以渗入碳毡中的硫作为阴极,传导钠离子的 β"- 氧化铝陶瓷在中间同时起隔膜和电解质的双重作用 。它的电池形式为(–)Na(l) | β"-Al2O3 |S/Na2Sx(l)|C(+),其中 x=3~5,基本的电池反应是:2Na+xS ←→ Na2Sx。电池的工作温度控制在 300~350 ℃,此时钠与硫均呈液态,β"- 氧化铝具有高的离子电导率(~0.2 S/cm),电池具有快速的充放电反应动力学。钠硫电池以 Na2S3 为最终产物的正极理论比容量约为 558 mAh·g–1,在 350 ℃的工作温度下具有 2.08 V 的开路电压。钠硫电池一般设计为中心负极的管式结构,即钠被装载在陶瓷电解质管中形成负极。电池由钠负极、钠极安全管、固体电解质(一般为 β"- 氧化铝)及其封接件、硫(或多硫化钠)正极、硫极导电网络(一般为碳毡)、集流体和外壳等部分组成。通常固体电解质陶瓷管一端开口一端封闭,其开口端通过熔融硼硅酸盐玻璃与绝缘陶瓷进行密封,正负极终端与绝缘陶瓷之间通过热压铝环进行密封。钠硫电池拥有许多优良的特性:①比能量高。目前,钠硫电池的实际能量密度已达到 240 Wh/kg 和 390 Wh/L 以上,与三元锂离子电池相当。②功率密度高。用于储能的钠硫单体电池功率可达到 120 W 以上,形成模块后,模块功率通常达到数十千瓦,可直接用于储能。③长寿命。电池可满充满放循环 4500 次以上,寿命为 10~15 年。④库伦效率高。由于采用固体电解质,电池几乎没有自放电,充放电效率约为 100%。⑤环境适应性好。由于电池通过保温箱恒温运行,因此环境温度适应范围广,通常为–40~60℃。⑥电池运行无污染。电池采用全密封结构,运行中无振动、无噪声,没有气体放出。⑦电池原料成本低廉,无资源争夺隐患,结构简单,维护方便。(二)钠 – 金属氯化物电池钠 – 金属氯化物电池(也称 ZEBRA 电池)可与钠硫电池统称为钠-beta 二次电池,其结构与钠硫电池类似,负极是液态的金属钠,β"-Al2O3 陶瓷作为固态电解质,不同的是,ZEBRA 电池工作温度略低,为 270~320℃,正极部分由液态的四氯铝酸钠(NaAlCl4)辅助电解液与固态的金属氯化物组成,其中氯化镍的应用研究最为广泛。钠 – 氯化镍电池的基本电池反应是:2Na+NiCl2 ←→ 2NaCl+Ni, 300 ℃下开路电压为 2.58 V。与钠硫电池类似,钠 – 金属氯化物电池同样具有长寿命、库仑效率高、环境适应性好、无污染运行等特点。钠 – 金属氯化物电池的实际比能量偏低,为 110~140 Wh/kg,但仍是铅酸电池的 3 倍左右,而且还具有其他一些值得关注的优良特性:①高安全性。钠 – 金属氯化物电池具有短路温和放热和过充过放可逆等特点,确保电池在电气和机械滥用时的高安全性。②无钠组装。电池以放电态组装,仅在正极腔室装填金属粉体、氯化钠和电解液,制造过程安全性高。③高电压。开路电压较钠硫电池提高 20% 以上。④维护成本低。电池内部短路时特有的低电阻损坏模式大大降低了系统的维护成本。(三)储能钠电池生产制造的核心技术高温钠硫电池电芯的核心技术包括了 β"- 氧化铝精细陶瓷的烧制、电池密封技术、负极润湿保护管设计、正极外壳防腐蚀和正负极装填技术等。首先,β"- 氧化铝精细陶瓷的质量和一致性深刻影响电池的电化学性能和安全特性,是最为关键的一环。其次,任何一个密封部件的损坏都会导致正负极材料的蒸汽直接接触而发生反应,因此电池密封技术成为钠硫电池的核心技术之一。再次,熔融硫和多硫化钠对金属具有强腐蚀性,因此包括作为正极集流体的外壳在内的接液部件的防腐蚀技术也是钠硫电池实用化的关键。最后,电池正负极的有效装填及其与固体电解质之间界面的润湿层设计是电池高性能运行的必备要素。相对于钠硫电池,钠 – 氯化镍电池电芯无须对外壳进行防腐蚀处理,但是正极长循环稳定技术成为电池的核心技术之一。高温钠电池模组的核心技术包括了绝热保温箱技术、模组热管理技术、模组内 / 间阻燃技术以及电池管理系统与保护电路设计等。电池的高温运行环境对电池保温箱提出了较高的要求。绝热保温箱技术一方面需要保证电池在待机时的低电耗,另一方面还要保证保温箱轻量化,以提升电池整体的能量密度。由于电池放电模式下的化学反应为放热反应,此时模块内部将出现 22~35 ℃的升温,而充电过程中温度会下降到待机水平。长时间的升降温循环不仅考验电池密封材料的热机械性能,还对模块的热管理提出了快速响应的要求,否则可能造成温度无法及时复原。另外,模组内 / 间防火技术以及电池管理系统与保护电路设计对电池的长期安全运行也具有重要意义。三、储能钠电池的应用需求储能钠电池可针对极端环境(如高热、高寒、高盐腐蚀等)下的风能、太阳能等可再生能源发电企业配套大容量、安全可靠的储能系统;为载人潜艇、陆军战车、水下平台等提供动力,服务国防科技事业;为第五代移动通信技术(5G)通信基站、数据中心等室内用电大户提供备用电源,为国家的节能减排事业及“碳中和”战略做出贡献。储能钠电池的应用领域为锂离子电池技术提供有益补充,其主要的应用场景如下。(一)极端环境应用随着全球气候变暖,国内外 50 ℃以上的极端高温天气频繁,亚热带和热带地区更是如此。电池的高温运行需求逐渐受到重视。油气勘探的井下温度可超过 170 ℃,能耐受如此高温的电池很少,目前井下仪器的电能供应采用的是锂一次电池。军用电池需要适应多种恶劣的应用环境,被要求在 –50~70 ℃的温度范围内正常工作。作为下一代无线通信体系的重要组成,高空平台通信系统是位于平流层的高空平台向上连接卫星、向下连接低空无人机和地面节点,作为空中基站或中继节点,提供快速、稳定、灵活的应急通信系统。高空平台通信系统运载器是一个保持在 20 km 高度并停留 5 年时间的静止平台。运载器所需能源由太阳能电池板提供,对其所搭载的储能电池要求高比能(>110 Wh/ kg)、性能的高可靠性和稳定性(>5 年寿命和性能降低 <10%)和超低温运行(–55℃)。另外,海岛、近海等高盐雾环境也限制了大量电池体系的应用。研究表明,锂离子电池在无人机上的应用受到高低温环境的极大限制。电池正常使用温度范围是 –15~50 ℃。低温条件下,锂离子电池面临的锂枝晶问题和离子扩散迟缓问题会更加严重,高温条件则会加速锂离子电池阴极固液界面的副反应和电解液退化,引发严重的热失控。事实上,传统的液体电解质基二次电池难以满足极端高低温应用需求。具有较高的能量密度、10 年以上运行寿命和对环境温度不敏感等特性的固体电解质基钠硫电池和钠 – 氯化镍电池则被证明非常适合极端高低温的应用场景。在热带沙漠气候的阿拉伯联合酋长国,钠硫电池被认为是比锂离子电池更优异的储能技术。在日本,钠硫电池被选择成为火箭发射场的备用电源。ZEBRA 电池作为高低温下可靠耐用的二次电池,目前已成为井下设备电源的优选方案,同时也针对高空平台通信系统运载器开展应用示范。(二)高安全应用高安全应用场景指发生安全事故时难以止损或事故代价大的应用场景。近年来,随着大数据、物联网、云计算等技术的发展,大型数据中心的建设速度激增,运营规模也越来越大。然而,一方面,数据中心需要大量的电能来维持正常运营,电力成本成为数据中心的重要成本组成。通过智能微网的建设来降低能耗已成为各大数据中心运营公司降本增效的重要途径。另一方面,数据中心需要配备非常安全可靠的备用电源以应对不时之需。大型数据中心等室内储能或备用电源高安全应用场景对其储能系统的安全性提出了更高的要求。交通运输领域的危化品运输车、地下装载机等交通工具以及水下应用领域的载人潜水器、深海平台用电源等也对电源安全性提出了更高的要求。ZEBRA 电池作为一种电化学本征安全的电池体系,在高安全要求的领域具有其独特优势。它曾被选为英国和北约 LR7 型深潜救生艇的动力电源。2013 年,通用电气有限公司(GE)生产的 ZEBRA 电池成功地为 Coal River Energy 公司位于美国西弗吉尼亚州明矾溪的采矿铲车提供动力支撑。在储能安全越来越受重视的今天,ZEBRA 电池体系将会有更大的发展空间。(三)长时储能长时电化学储能能够更加灵活地以半天甚至几天的时间跨度来管理风能和太阳能的间歇性,将可再生能源转化为全天候资源,为无碳电网铺平道路。随着可再生能源份额的增长,更大的挑战将是在数周或数月的时间跨度上消除可再生能源产量的可变性。发展长时储能技术势在必行。近年来,锂离子电池在新型储能建设中占据绝对主导地位,但它们的供电持续时间很少能超过 4 h。虽然锂离子电池在技术上可以实现更长时间的放电,但是出于资源稀缺和安全性的考虑,将它用于长时储能的成本通常高于它的价值。钠硫电池已在全球范围内提供容量超过 540 MW/3780 MWh 的储能系统,显示了有效的调峰、负载均衡和节能减排的能力,被认为是最有效的额定输出 6 h 以上的长时电化学储能电池之一。同时,钠硫电池具有模块化扩展的特性,有潜力提供 8 h 以上或更长时的供电系统。意大利非凡蓄电池公司(FIAMM)生产的 ZEBRA 电池在欧洲的意大利、法国以及南美洲的圭亚那等地区部署了多个兆瓦级的储能电站。这些电站的运行情况证实用于大规模电化学储能的高安全性钠 – 氯化镍电池技术已经成熟。四、储能钠电池的国内外发展与应用现状(一)钠硫电池在国内外的发展与应用现状虽然钠硫电池早期在国内外航空航天和电动汽车等领域开展应用示范,但是钠硫电池的储能商业化运作始于 1983 年日本碍子株式会社(NGK 公司)和东京电力公司的合作,开发用于静态能量存储的钠硫电池储能系统。2002 年,NGK 公司正式量产钠硫电池,并通过东京电力公司开发储能系统投入商业运行,目前在全球运行了超过 200 个储能电站项目,4 GWh 以上的钠硫电池储能系统。然而, 2011 年 9 月,东京电力公司为三菱材料株式会社筑波厂安装的钠硫电池(NGK 生产)系统发生火灾,这一事件在一定程度上造成了业界对于钠硫电池安全性的担忧。其后,NGK 先对正在运行的钠硫电池电站的模组和系统进行安全隐患维护,并对新生产的电池在电芯层面和模块层面同时采取了多种提高安全保障的新措施。通过采取一系列应对举措后,从 2013 年开始,NGK 生产的钠硫电池在日本、阿联酋和欧洲等国家和地区持续有大型储能项目上线。2016 年 3 月,NGK 公司和九州电力株式会社共同推出的 50 MW/300 MWh 钠硫电池储能系统改善电力供需平衡的示范项目开始运行,是当时全球最大的大容量储能电站(见图 1a)。2019 年,NGK 在阿布扎比酋长国完成的一个项目使用了 108 MW/648 MWh 的钠硫电池储能系统,持续放电时间达 6 h。图 1b 显示的是应用于意大利南部高压电网的 34.8 MW 钠硫电池储能电站的局部照片。在意大利,钠硫电池的电芯和模块经过了严谨的风险评估,包括内源性短路和外源性火灾、地震、洪水、直接和间接闪电、蓄意破坏、高空坠落等滥用场景。评估结果显示,经过安全性提升的钠硫电池技术具有较高的安全可靠性。图 1 钠硫电池储能系统 / 电站的商业应用实例近些年,钠硫电池技术在日本以外的其他国家也得到了应用研究和推广,包括美国、中国、韩国、瑞士等。2006 年,由中国科学院上海硅酸盐研究所(SICCAS)与上海电力公司合作开展用于大规模储能应用的钠硫电池研究。SICCAS 开发的 30 Ah 和 650 Ah 两种规格钠硫单体电池具有良好的循环稳定性,寿命超过 1200 次。此后,一条年产能 2 MW 的 650 Ah 单电池中试生产线建成。2010 年上海世界博览会期间,中国科学院上海硅酸盐研究所和上海电力公司合作,实现了 100 kW/800 kW 钠硫电池储能系统的并网运行(见图 1c)。2011 年 10 月,上海电气集团与中科院上海硅酸盐研究所以及上海电力公司签订合资合同,成立上海电气钠硫储能技术有限公司,开始钠硫电池的产业化开发。2015 年,上海钠硫电池储能技术有限公司在崇明岛风电场实现了兆瓦时级的商业应用示范(见图 1d)。中科院固体物理研究所近年也突破了 β-Al2O3 陶瓷的制备技术,掌握了陶瓷烧结、陶瓷玻璃封接、金属与陶瓷连接等核心技术,目前处于钠硫电池组研制的中试阶段。除此之外,韩国浦项产业科学研究院(RIST)针对平板和管式钠硫电池进行较为系统的工程化开发。RIST 从 2005 年开始申请钠硫电池材料与制造的专利,目前持有 53 项以上相关有效专利。(二)钠 – 金属氯化物电池在国内外的发展与应用现状美国通用电气有限公司于 2007 年购买了英国 beta R & D 公司的 ZEBRA 电池技术,建立 “Durathon”电池品牌,经过 11 年研发,投入资金超过 4 亿美元。早期主要面向车用,图 2a 为装载 Durathon 动力电池的矿车。目前 GE 在全球多个国家和地区的电网和电信领域运行了总计 15 MW 以上、30 余个 ZEBRA 电池储能项目。图 2d 分别为 Durathon 扩展储能系统。2017年1月,超威电池与 GE 开展技术合作,合资成立浙江绿能(安力)能源有限公司,进军国内储能电池市场。2010年,与 GE 拥有同一技术源头的 MESDEA 公司和 FIAMM 成立新公司 FZ SONICK SA,并推出了 SONICK 商标的 ZEBRA 电池,主要应用在电动车、备用电源等领域。2015 年,FZ SONICK 的 ZEBRA 电池储能解决方案被德国航空和运输领域的跨国公司庞巴迪公司选中,为 Innovia Monorail 300 平台列车项目提供备用电源服务。图 2b 和图 2e 分别为 SONICK 电池应用于微网储能及其储能单元的情况。FZ SONICK 还为萨沃纳大学校园提供了智能电网储能系统。从2016年开始,德国弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所(IKTS)也在 ZEBRA 电池上持续投入。2019年3月,欧洲储能展会上,IKTS 展示其最新开发的“Cerenergy” 陶瓷钠 – 氯化镍高温电池。该型号的钠镍电池容量为5kWh,由 20 个单电池组成,每千瓦时成本将低于 100 欧元。2015年11月,作为 SunShot 聚光太阳能发电阿波罗计划的子计划,美国能源部提供犹他州盐湖城 Ceramatec 公司和乔治亚技术研究所总计 234.878 万美元经费支持,重点开发聚光太阳能高温熔盐钠盐蓄电模块,预计实现 92% 以上的蓄电效率目标。同时,美国西北太平洋国家实验室在美国能源部支持下持续开展平板型钠盐电池的产业化研发。在国内,从2014 年开始,中国科学院上海硅酸盐研究所在前期钠硫电池和钠镍电池的研发基础上,开展钠镍电池产业化的推进工作。2017 年,中国科学院上海硅酸盐研究所参股成立上海奥能瑞拉能源科技有限公司,开展钠镍电池产业化开发。如图 2c 和图 2f,目前该公司已完成年产100MWh 的钠镍电池工厂的全线调试,进入第一代产品的试生产阶段。图 2 钠 - 金属氯化物电池储能产品及其商业应用实例五、我国储能钠电池发展面临的挑战储能钠电池在电力系统和电信系统具有极大的应用优势,并得到全球储能市场的普遍认可,但是由于其技术难度大,目前储能钠电池的成熟技术在全球范围内仅由日本 NGK、美国 GE、意大利 FIAMM 等几家企业掌握,我国储能钠电池的发展还面临以下诸多挑战。(一)储能钠电池技术几乎被国外垄断近年来,中国科学院上海硅酸盐研究所在储能钠电池的相关领域开展了技术革新和示范应用,基本掌握了钠硫电池和钠镍电池的全套技术,形成了具有自主知识产权的储能钠电池完整技术路线,但是总体而言,我国自主知识产权储能钠电池的技术成熟度不高,规模化生产设备需要高代价的定制,尚未形成储能钠电池的成熟产品体系。超威集团引进美国 GE 的成熟技术,进行储能钠电池国产化的尝试也尚未在国内外市场打开局面,根本原因是我国储能钠电池的发展目前仍然只能依赖和引进日本和美国公司的技术,尚不具备独立开发新一代储能钠电池的能力,技术革新的速度无法应变市场的需求。(二)储能钠电池上下游产业链供给不足导致高成本储能钠电池的高温技术瓶颈极大地限制了涉足储能钠电池开发的研究院所和企业的数量,导致储能钠电池在产业链的推动上困难重重。经过测算, 1 GWh 钠 – 氯化镍电池生产线上生产电池的成本约为 1050 元 / 度电,当生产线产能提高至 10 GWh,电池成本可降至 800 元 / 度电以下。然而,目前储能钠电池的生产规模不足以带动上下游产业链的快速发展。NGK、GE 等公司同样面临电池成本偏高的困境。对我国而言,储能钠电池中钠硫电池的含耐腐蚀涂层的集流体外壳等零部件、钠 – 氯化镍电池的关键原材料 T255 镍粉(英国 Inco 公司)还依赖进口,国产化替代方案缺失。储能钠电池的中温运行环境对保温箱等下游供应的要求较高,但我国尚没有类似产品开发。储能钠电池上下游产业链供给不足成为推动储能钠电池技术发展和成本降低的一大障碍。(三)储能钠电池的评估检测标准和评估平台缺失1998 年,美国能源部国家可再生能源实验室就钠盐电池的健康状态、滥用安全特性和回收处理办法出具了说明书式的研究报告。2017 年, FIAMM SoNick 公司根据美国标准 UL 9540A 对 ZEBRA 电池产品进行了安全性测试,从单芯、模组和电池单元架三个层面进行了系统的安全性能评估。2018 年,电气与电子工程师协会(IEEE)出台了编号为 IEEE Std 1679.2—2018,标题为“静态储能应用中钠 -beta 电池的表征和评估指导”的指导性标准。该标准为静态储能应用的用户评估钠 -beta 电池的性能、安全性,以及进行合格评估测试和监管等问题提供了指导。这些研究报告和标准的建立很大程度上促进了美国和欧洲等国家和地区储能钠电池的规范化和市场化。由于我国储能钠电池的产业化处于初级阶段,相关评估检测标准缺失,相应的评估平台和评估机构尚不支持储能钠电池的性能和安全性评估,这也成为储能钠电池产业大步推进的障碍之一。六、对策建议(一)支持储能钠电池相关材料科学的研发和工程化技术攻关从国外的发展经验来看,储能钠电池最初的很多成果出自国家能源部门或能源用户部门牵头组织的应用研发和技术攻关。2020 年 1 月,教育部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合制定了《储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024 年)》(简称《行动计划》),旨在立足储能产业发展重大需求,统筹整合高等教育资源,加快发展储能技术学科专业,加快培养储能领域“高精尖缺”人才,破解共性和瓶颈技术,增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力,以产教融合发展推动储能产业高质量发展。《行动计划》将为储能行业的发展注入强大的动力。提升我国自主知识产权储能钠电池的技术成熟度同样需要重视相关基础材料的研发,更重要的是从战略层面组织有研发基础的优质企业和科研院所合作开展工程化技术攻关,提供相关项目支撑,集中精力解决储能钠电池中存在的“卡脖子”问题和推进储能钠电池在国外经验基础上的升级换代,以期在短期内实现我国储能钠电池技术体系的成熟化发展。(二)推动储能钠电池相关上下游产业的聚集发展产业规模是储能钠电池发展的关键因素,形成一定体量的产业集群对于降低储能钠电池的制造成本,提高储能钠电池的市场竞争力至关重要。在提升储能钠电池的技术成熟度的中后期,储能钠电池相关上下游产业的聚集发展是储能钠电池真正走向应用市场的关键一环。引导社会资本,围绕技术创新链布局产业链,加强技术、资本与产业的融合,通过产业链合作及协同,提高资源利用效率,提升储能钠电池的市场竞争力。大型储能钠电池示范项目的规划和实施是推动相关上下游产业发展的一个契机,有望使我国储能钠电池的发展驶入良性循环的快速通道。(三)建立健全储能钠电池的相关标准以及推动高温钠电池评估平台的建设2018 年以来,国内外频发的起火事故给正在起步的储能产业浇了一盆冷水,也让储能的安全问题成为舆论焦点。有业内专家认为,储能事故并非是一个简单的技术问题,更多是标准的问题。标准是技术发展的总结,也需要政策法规从上而下的引导。国家能源局会同其他主管部门曾多次发文,力推储能标准化工作,要求建立起较为系统的储能标准体系。储能钠电池作为新型的储能技术,相关标准缺失的问题尤为突出,迫切需要建立健全相关检测和评价标准。如果我国以出台储能钠电池的相关行业标准,甚至能够出台发布国家标准,相信能在很大程度上推动储能钠电池的商业化发展。认证机构基于相关标准可以推动高温钠电池评估平台的建设,从而从政策上督促储能钠电池开发市场标准化、规范化,为其大规模应用、顺利与应用市场接轨打下坚实基础。

作者: 胡英瑛 吴相伟 温兆银 侯明 衣宝廉 详情
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宁德时代2023年实现批量生产,钠离子电池:姗姗来迟、正待起跑

7月29日,宁德时代举办了钠离子电池线上发布会。作为动力电池行业的引领者,宁德时代的一举一动都格外引人关注。此次宁德时代高调发布钠离子电池,随之而来的评价不一。有人表示,它将引领新的“风口”,促进多元化技术路线发展;有人认为,这里面或也涉及对资本市场的考量。计划2023年批量生产事实上,锂离子电池并非电池领域的新技术,早在上世纪80年代,其与锂离子电池就同时进入了科研人员的视野。在多重因素作用之下,锂离子电池得以大规模发展,并从消费电子逐步走向动力电池领域。“当时,钠离子电池的优势不突出,所受关注也并不高。”一位不愿透露姓名的业内人士对《中国汽车报》记者表示,随着电池技术的发展,钠离子电池近10年来取得了较大进步。比如,2018年,中科海钠就推出了首款钠离子电池低速电动车。据了解,宁德时代此次推出的钠离子电池优势比较明显。首先是取得了能量密度的重要突破。一般认为,钠离子电池能量密度为90~150Wh/kg,而宁德时代产品的电芯单体能量密度高达160Wh/kg,并计划将下一代钠离子电池的能量密度提高到200Wh/kg。目前,国内两家龙头企业中科海钠、钠创新能源的钠离子电池能量密度分别为135Wh/kg和120Wh/kg,英国Faradion公司产品的能量密度为140Wh/kg。第二是改善快充性能。宁德时代钠离子电池常温下充电15分钟,电量可达80%以上。第三是低温性能优异。在零下20℃的低温环境中,宁德时代钠离子电池也能拥有90%以上的放电保持率,系统集成效率可达80%以上。当前,钠离子电池仍处于产业化初期,动力电池企业纷纷布局相关技术与产能。宁德时代方面表示,计划2023年基本形成钠离子电池产业链。华阳股份今年4月发布公告称,全资子公司新阳能源拟投资新建“钠离子电池正极材料千吨级生产项目”、“钠离子电池负极材料千吨级生产项目”两个项目,总投资合计1.4亿元。英国FARADION公司、日本松下、丰田等国外企业也都在进行产业化探索。目前,全球开展钠离子电池业务的公司达20多家。广发证券的相关研究数据显示,2025年,国内钠离子电池潜在应用场景需求量为123GWh,以磷酸铁锂电池价格计量,对应537亿元左右的市场空间。为何此时“杀出重围”?在采访中,业内人士纷纷表示,在锂资源紧张与原材料涨价的大背景下,宁德时代推出钠离子电池恰逢其时。“目前,整个动力电池产业链都面临依赖锂资源进口的挑战,如果在钠离子电池上有所突破,将有效降低对锂资源进口的依存度。宁德时代在动力电池领域具有较高的代表性,其发布钠离子电池会提高整个行业对此的关注度,应该说起到了一个较好的带头作用。”中国汽车动力电池创新联盟副秘书长马小利在接受记者采访时表示,宁德时代对动力电池研发体系的布局很全面,一直在进行技术创新,此次推出新品说明在某些方面实现了对钠离子电池的技术突破。资料显示,我国80%以上的锂原料依赖进口,而且其不断攀升的价格也让行业承压明显。相比之下,钠资源储量非常丰富,而且提炼简单。据中科海钠测算,受益于更低的材料成本,钠离子电池较锂离子电池成本通常低30%~40%。“如果钠离子电池的产量达到一定规模,其成本有望降到磷酸铁锂电池的水平甚至更低。”马小利说。新能源和智能网联汽车独立研究员曹广平认为,宁德时代推出钠离子电池的大背景在于:“双碳”趋势需求下,全球锂资源有限,钠资源是较大补充。新能源汽车、电力储能、5G基站备用电源以及两轮电动车的快速发展,拉动锂电池需求飙升,造成了原材料(预期)涨价等市场供需不平衡的情况。除此之外,北方工业大学汽车产业创新研究中心研究员、汽车分析师张翔还补充道,作为上市公司,宁德时代推出钠离子电池或有资本市场方面的考量。此前,宁德时代将发布钠离子电池的消息一经发布,直接拉动其股价上涨。7月29日,宁德时代股票上涨6.05%,7月底市值达1.28万亿元,环比上升2.99%。同时,钠离子电池概念股也一路跟涨。7月29日,盛弘股份、湘潭电化、科瑞技术涨停,海目星、机器人等纷纷跟涨;7月30日早盘,钠离子电池概念股再现大涨,天能股份以20%的涨幅涨停。将成为动力电池补充路线在马小利看来,钠离子电池可以作为当前动力电池技术路线的补充,不过要想大规模商业化仍需跨过诸多挑战。比如,钠离子电池本身自重较重,作为动力电池还要在能量密度上实现突破。此外,钠离子电池的正负极、电解液等材料供应也尚未形成规模。“钠离子电池产业的发展需要下游市场的拉动,同时也应给予宁德时代等勇于实现技术突破的企业鼓励和认可。”她说。张翔告诉记者,钠离子电池最大的“硬伤”还是能量密度较低,达不到目前新能源汽车补贴的要求,因此在市场推广上具有一定的难度。另外,钠离子电池尚未实现商业化,许多数据仍来自实验室,技术待进一步发展和成熟。据介绍,宁德时代在电池系统集成方面开发了“AB电池解决方案”,即锂离子电池与钠离子电池混合共用,并进行不同电池体系的均衡控制,以此弥补钠离子电池在现阶段的能量密度短板,同时发挥出电池系统高功率、低温性能的优势。有业内人士指出,目前,钠离子电池非常适合的应用场景包括两轮车和储能领域。相对而言,铅酸电池寿命短、污染大,因此钠离子电池有望逐步实现对其的替代。中信证券的研报显示,在能源变革的大时代下,钠离子电池在资源丰富度、成本方面优势明显,未来几年随着产业投入的加大,技术走向成熟、产业链逐步完善,有望在储能等领域实现商业化应用,在一定程度上形成对锂离子电池、铅酸电池等成熟储能技术的补充。“只要有市场需求的电池,就有存在与发展的意义。”马小利强调。曹广平也表示,每一种电池都有自己的技术特点,而每一个应用领域又对电池提出了不同的技术要求。总体来看,未来行业将出现多种电池技术路线并行发展的局面。对于钠离子电池来说,其商业化前景还要综合考量技术突破、工艺难题攻克及综合性价比等方面的进展。政策层面也明确了未来钠离子电池在储能领域的发展方向。7月15日,国家发展改革委、国家能源局发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,提出加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范,以需求为导向,探索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。行业人士认为,钠离子电池未来有望加快应用于电网侧、用电侧和发电侧储能。

作者: 赵玲玲 详情
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钠离子电池时代要来了?

在智能物联网时代,大量的智能设备需要电池,从智能手机、智能手表、笔记本电脑到新能源汽车等,电池的续航时间、充电快慢、环境适应性等成为智能设备竞争的重要维度,目前在消费电子市场和新能源汽车市场锂离子电池处于“一统江湖”的主流地位。现在这样的格局有可能要发生改变了。7月29日,宁德时代创始人曾毓群在网上正式发布钠离子电池,并表示宁德时代钠离子电池具备低温性能、快充性能以及更强的环境适应性,未来将与锂电池共存发展。钠离子电池的时代要来了吗?钠离子电池有哪些特性?又将带给智能设备世界怎样的电力“动力”?每一种新技术能够得以生存并快速发展,都是因为拥有了比现存市场技术更优的差异化特点,这个定律放之四海。从目前来看,钠离子电池与锂离子电池的差异化在于低温性能和快充方面。按照宁德时代研究院副院长黄起森介绍,目前宁德时代开发的第一代钠离子电池,电芯单体能量密度为160Wh/kg,在当前处于全球最高水平;在常温环境下下充电15分钟,电量可达80%;即便是在-20°C的低温环境下,放电保持率仍然高达90%以上;同时,在系统集成效率上,可以达到80%以上;具有优异的热稳定性,并且超越了国家动力电池强标的安全要求。“总体来看,第一代钠离子电池的能量密度略低于目前的磷酸铁锂电池,但是在低温性能和快充方面具有明显的优势。特别是在高寒地区,高功率应用场景。” 黄起森说。其实,钠的化学性质,电池工作原理都和锂非常相似,在化学元素周期表中,钠元素与锂元素为同一主族,物理化学性质极为相似。甚至钠离子电池和锂离子电池连“命运改变人”都是同一“群族”,2019年诺贝尔化学奖颁给了美国的迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆、约翰·班尼斯特·古迪纳夫以及日本吉野彰三位化学家,奖励他们“在发明锂电池过程中做出的贡献”。事实上,钠离子电池也是惠廷汉姆研发的,只是锂电池各方面优势突出并且发展神速,因此钠离子电池在商业上没有大规模普及。锂在电势、原子量、离子半径等基本性质上,相对而言都是比钠更好的材料。锂的原子量更低、离子半径更小,锂的理论质量比容量是钠的3.3倍,锂的理论体积比容量是钠的1.8倍;且锂的电位更高,比钠高出12%,锂材料的电池更具竞争优势。因此锂离子电池也更早大规模商业化。最近几年,钠离子电池之所以被高度关注,有几个关键原因,一是从总量上看,因为钠储藏量要比锂丰富,具有更好的发展可持续性。目前地壳中钠储量达2.74%,而锂储量仅为0.0065%,是锂资源的440倍,而且锂离子电池回收经济价值低。钠离子电池活性材料中不含昂贵的钴,使其具有更强的可持续性。二是从地区分布上,各个区域的锂储藏也不均匀。我国仅拥有世界锂资源储量的5.93%,锂矿大多位于青藏高原地区,开采难度大,致使我国锂矿对外依存度高。钠离子电池对我国减少锂资源对外依存度具有重要战略意义。三是钠资源提炼相当简单,钠离子电池大规模商用后,具有较大的成本优势。事实上,钠离子电池应用前景广阔,在电动车市场上,钠离子电池具有低成本、低能量密度、安全性强等特性,是铅酸电池更好的替代品。而且随着可再生能源大批量上网,电网侧与发电侧对储能的需求愈发强烈,为钠离子电池市场化应用提供土壤。目前来看,钠离子电池产业化商处于初级阶段,面临的主要挑战是成本优势不明显、工艺和产业链不成熟、核心电极材料和电解液规模化供应渠道缺失、缺少电池相关标准化等。不过,分析机构认为,钠离子电池具备产业化快速提升的潜力。钠离子电池与锂离子电池生产线、制作工序相似,随着锂电和上游材料企业入局,产业化进程会大幅提速。目前中国大约有20多家企业从事钠离子电池研发及上下游配套包括宁德时代、中科海纳、容百科技、深圳比克电池、欣旺达、华阳股份、沧州明珠、恩捷股份、中材科技、璞泰来等。相对于其他企业,据宁德时代透露其已解决了材料在循环过程中容量快速衰减这一世界性的难题,而宁德时代之所以能够解决这个难题,得益于模拟计算和设计仿真。据介绍宁德时代构建了高通量材料集成计算平台,在原子级别上对材料进行了模拟计算和设计仿真,对材料表面进行重新设计,解决了材料在循环过程中容量快速衰减的问题,使新材料具备了产业化的条件。按照黄起森介绍,在正极材料方面,宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料,创新性地对材料体相结构进行电荷重排,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题;在负极材料方面,宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料,其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性;在电解液方面,宁德时代还开发了适配钠离子电池正极负极材料的新型独特电解液体系;在制造工艺方面,钠离子电池可以与目前的锂离子电池制造工艺和设备相兼容。宁德时代在发布会上透露,目前公司已经开始进行钠离子电池产业化布局,计划是到2023年要能形成基本产业链。分析机构的预测是在未来3~5年,钠离子电池产业链会基本形成,钠离子电池相关工艺、相应的电池管理系统、相关技术体系也会趋于成熟。

作者: 李佳师 详情
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钠电池是锂电池的良好补充,产业化开始加快

钠电池工作原理与锂电池类似,生产设备也基本兼容,材料体系有一定变化,钠电池凭借能量密度和循环性能的优势,有望在储能和两轮车等市场获得商业应用。在车用动力电池领域,钠电池优秀的低温、快充、安全性是对锂电池的补充,但能量密度和循环性能差距较大,不过宁德时代提出了动力电池中采用锂电池和钠电池混配辅以BMS升级的方案,有望推动钠离子电池在交通领域应用。钠离电池作为一种新的路线,其核心的原材料供应更大宗和普遍,有助于摆脱电池上游战略资源瓶颈,能更好的满足未来TWh时代电池技术多样化需求,是锂电池良好的补充,预计其规模的应用可能在2023年左右或以后。摘要钠电池简介。钠电池工作原理与锂电池类似,同时生产设备也基本兼容。不过材料体系有较大变化,正极一般采用普鲁士白和层状氧化物,负极选用硬碳,集流体均采用铝箔,隔膜和电解液没有大的变化。性能方面,钠电池在低温性能、安全性、成本(大规模量产后)方面具备优势,能量密度和循环性能均介于锂电池和铅酸电池之间。钠电池作为锂电池的补充,主要应用市场在储能等领域。钠电池的能量密度、循环寿命优于铅酸电池,同时具备较强的安全性和较低的成本。根据产业反馈,目前钠电池主要开始应用在储能和两轮车领域替代铅酸电池。在动力领域,钠电池优秀的低温和快充性能是锂电池的良好补充,但能量密度有一定差距,不过宁德时代提出在动力电池系统中将锂电池和钠电池混配并升级BMS的方案,可能会推动钠电池在车载市场应用。钠电池对保障供应链安全有战略意义。我国仅拥有世界锂资源储量的5.93%,且开发有一定难度,我国锂矿主要依赖进口,镍资源也主要在海外,资源供应可能是锂电池产业进一步壮大后将面临的潜在约束之一。而钠资源储量丰富、分布广泛,且更容易获取,钠电池的研发储备和产业化对保障我国电池产业战略资源供给安全具有重要意义。在未来TWh的电池生态中,钠电池应该会有一席之地。产业化可能在未来几年。国内具有比较成熟的钠电池生产研发能力的企业主要是宁德时代、中科海纳、钠创新能源。宁德时代的第一代产品单体能量密度达160wh/kg,系统集成效率达80%,零下20度容量保持率90%,在常温下充电15分钟电量达到80%,综合性能优异。目前国内钠电池产业化刚起步,供应链还没形成,钠电池材料主要依靠电池公司自身研发。随着产品迭代和提升,电池产业应用可能进一步加快,根据宁德时代估计,钠电池规模应用可能在2023年左右或以后。投资建议:继续推荐宁德时代,其余关注华阳股份(煤炭)、浙江医药(化工)、鼎盛新材(招商有色)。风险提示:钠电池技术升级和推广低于预期、成本下降幅度低于预期。1、钠离子电池简介1.1钠离子电池工作原理钠离子工作原理与锂离子电池类似。钠离子电池作为充电电池的一种,主要由正、负极、电解质、隔膜、集流体等组成。其工作原理是利用钠离子在正负极之间的可逆脱嵌从而实现充、放电的,与锂电池类似。钠离子电池的分类。钠离子电池可分为钠硫电池、水系钠离子电池、有机钠离子电池、固态钠离子电池。钠硫电池主要以金属钠作为负极、非金属硫作为正极、β-A12O3陶瓷管同时充当电解质和隔膜,是目前唯一同时具备大容量和高能量密度的储能电池。截止2020年,全球从事钠离子电池工程化的公司超过20家,包括松下、丰田等。2017年,我国首家钠离子电池公司中科海钠成立,依托中国科学院物理研究所的技术,目前在技术开发和产品生产上都初具规模。1.2 材料体系与锂电池有所不同相比锂电池,钠离子电池材料使用有差异。钠离子电池中,正极材料:使用钠离子的活性材料,常见的包括普鲁士蓝、铜铁锰或镍铁锰层状氧化物,需具有良好的电化学性、化学稳定性、热稳定性、安全性,以此保证较高的理论比容量和电池循环寿命;负极材料:由于钠的半径较大,并不能在石墨层中可逆的脱嵌,因此一般选择具备嵌入钠离子的能力强、体积变形小、扩散通道好、化学稳定性好等特点的硬碳材料。电解质和隔膜:可以沿用锂电池体系中的材料,但电解液中的六氟磷酸锂需要换成六氟磷酸钠。集流体:由于锂电池主要以石墨作为负极,铝箔作为负极集流体在低电位下易与锂形成合金,因此需使用铜集流体,而钠离子正负极均可使用价格较低铝箔作为集流体。1.3 钠资源储量丰富,成本有望继续下降钠资源储量丰富。钠资源储量丰富,地壳丰度可达2.74%,价格低廉且提炼简单。而锂储量仅0.0065%,主要分布于澳大利亚、南美地区。钠离子电池对保障我国资源供给具有重要战略意义。我国仅拥有世界锂资源储量的5.93%,且开发有一定难度,我国锂矿主要依赖进口,镍资源也主要在海外,资源供应可能是锂电池产业进一步壮大后将面临的潜在约束之一。而钠资源储量丰富、分布广泛,且更容易获取,钠电池的研发储备和产业化对保障我国电池产业战略资源供给安全具有重要意义。在未来TWh的电池生态中,钠电池应该会有一席之地。钠离子电池成本有望继续下降。钠电池外形封装(圆柱、软包、方形)与锂电池相同,同时锂电池的生产设备大多可以兼容钠离子电池,原始设备成本支出与锂电池相当。材料中,除隔膜外,钠离子电池的正、负极、电解液、集流体的价格较锂电池材料低。不过,由于钠离子电池制备工艺不够成熟、生产设备仍有待改善,生产效率较低且产品一致性及良品率均低,目前的生产成本明显高于锂离子电池。但未来当技术成熟实现规模化效应后,其降本空间更大。2、钠电池作为锂电池的补充,主要应用市场在储能等领域2.1 钠离子电池产品性能分析有望逐步替代铅酸电池,是锂电池的良好补充。钠离子电池的能量密度、循环寿命优于铅酸电池,但低于锂离子电池。对比铅酸电池,同等容量的下,钠离子电池的体积小、重量轻,且能量密度超过铅酸电池的2倍以上。同时,相比于锂离子电池,钠离子电池的内阻比锂离子电池高,发生短路时发热量少温度较低,且在放电过程中可可放电至0V,因此钠离子电池较锂离子电池的安全性能更加优异。未来首先可能取代铅酸电池并逐步实现低速电动车、储能等领域的无铅化发展。在钠离子电池储能与动力领域,国内企业中科海钠处于产品研发生产的领先地位。目前研发的产品覆盖了电动自行车、低速电动车、规模储能等领域,均可在零下20℃至55℃工作。中科海钠电池使用的技术路线是铜铁锰,生产的钠离子电池循环寿命约为4500次,与磷酸铁锂相当,优于锰酸锂和三元材料;能量密度高于145Wh/kg,与锰酸锂接近。钠创新能源致力于做镍铁锰正极材料(NaNi1/3Fe1/3Mn1/3Q2),即三元层状氧化物正极-硬碳负极体系的钠离子软包电芯,循环寿命约为5000次。2.2 目前的商业化应用主要在储能和两轮车储能是钠离子电池主要的应用场景。2021年6月,由山西新阳清洁新能源与中科海钠主导的1MWh钠离子储能系统在山西落地。其利用阳泉储量丰富、成本低廉的无烟煤作为前驱体,采用中科院全球首创的碳基负极材料生产技术和正极廉价原料加工工艺生产,具有成本最低、安全性能高、低温性能良好、循环寿命长等特点,可广泛应用于低速电动车、家庭储能、5G通讯基站等大规模储能装置。钠离子电池打入两轮电动车市场。2021年7月7日,国内第二大电动两轮车爱玛科技在发布会上表示将使用钠离子电池搭载在未来旗下的电动两轮车上,其钠离子电池由钠创新能源提供。2019年,钠创新能源完成了吨级材料产线。目前1000-3000吨级产线基本建成试运营,3000吨可以对应百万辆爱玛电动车。储能和两轮车市场适合钠电池,车用动力市场还需观察。钠电池规模化生产后成本低,同时安全性好,能量密度、循环寿命尚可,在储能和两轮车市场更有优势。在动力领域,钠电池优秀的低温和快充性能是锂电池的良好补充,但能量密度有一定差距,不过宁德时代提出在动力电池系统中将锂电池和钠电池混配并升级BMS的方案,可能会推动钠电池在车载市场应用。3、国内企业已经开始布局,大规模产业化可能在2023年以后宁德时代电池产业优势雄厚,已经推出钠电池产品。公司已经发布第一代钠电池产品,单体能量密度达160wh/kg,系统集成效率达80%,同时零下20度容量保持率90%,在常温下充电15分钟电量达到80%,综合性能优秀。公司材料体系均为自身研发,采用普鲁士白(铁锰基氧化物,普鲁士蓝的升级版)和层状氧化物作为正极,硬碳作为负极(克容量350mah/g)。未来下一代钠电池能量密度目标突破200wh/kg。中科海钠依托中科院物理所,钠离子电池技术领先。中科海钠成立于2017年,核心技术来源于中国科学院物理研究所清洁能源实验室,是国内首家专注于钠离子电池研发与生产的高新技术企业,公司拥有钠离子电池核心专利15篇,在钠离子电池全生产链各个环节已掌握具有完全自主研发的核心技术,目前已成功开发出的钠离子电池能量密度达到145Wh/kg。2021年4月,华阳股份全资子公司新阳能源与中科海钠合作,拟建设2000吨钠离子电池正极材料和2000吨钠离子电池负极材料项目。钠创新能源团队源于上海交大,产品覆盖广泛。钠创新能源成立于2018年,其中,浙江医药参股40%,但不参与实际经营。公司核心团队源自上海交大马紫峰教授钠离子电池技术研发团队,首席科学家马紫峰教授发表钠离子电池相关文献16篇,公司拥有30余项发明专利,涵盖钠离子电池正极材料、电解液、电池的设计制造以及系统集成与管理等。公司核心产品包括铁基三元材料前驱体、铁酸钠基三元正极材料、钠电电解液、电芯及系统应用产品等。2021年7月7日,爱玛科技在经销商大会上发布钠离子电池,电池由钠创新能源负责,未来将搭载在自己的电动两轮车上。大规模产业化可能在2023年以后。目前国内钠电池还没有形成大规模的产业链,电池企业处于前期的电化学体系积累阶段,材料主要依靠自身研发。未来随着产品成熟度持续提升,国内钠电池产业链可能逐步形成,根据宁德时代预计,可能在2023年以后。投资建议钠电池工作原理与锂电池类似,生产设备也基本兼容,材料体系有一定变化,钠电池凭借能量密度和循环性能的优势,有望在储能和两轮车等市场获得商业应用。在车用动力电池领域,钠电池优秀的低温、快充、安全性是对锂电池的补充,但能量密度和循环性能差距较大,不过宁德时代提出了动力电池中采用锂电池和钠电池混配辅以BMS升级的方案,有望推动钠离子电池在交通领域应用。钠离电池作为一种新的路线,其核心的原材料供应更大宗和普遍,有助于摆脱电池上游战略资源瓶颈,能更好的满足未来TWh时代电池技术多样化需求,是锂电池良好的补充,预计其规模的应用可能在2023年以后。推荐与关注:宁德时代:7月29日发布第一代钠离子电池产品,已经完成前期的电化学体系积累。华阳股份(煤炭):间接持有中科海钠1.66%的股权。浙江医药(化工):持有钠创新能源40%股权。鼎盛新材(有色):钠电池中铜箔改用铝箔。风险提示1)钠电池技术升级和推广低于预期。钠电池的能量密度、循环性能还有待提升,如果技术无法持续升级,可能导致推广不及预期,下游应用空间比较有限。2)成本下降幅度低于预期。钠离子电池理论成本会更低,但目前还没有进入大规模量产阶段,生产工艺和设备还不够成熟,因而成本还比较高。若成本下降幅度低于预期,可能导致大规模商业化应用低于预期。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 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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2020年以来主要液流电池签署项目汇总

新型储能政策推动液流电池进入商业化前期,国内装机规模未来2年有望实现成倍增长,并在大规模可再生能源并网与电网调峰领域率先爆发。2021年以来,锂离子电池上游原材料价格暴涨与产能紧缺,暴露出过度依赖单一技术路线的风险:锂电池下游需求快速释放造成上游价格上升,产能供应不足,导致储能与电动车、两轮车、智能家居等下游“抢电池、抢原料”的情况发生。另外,储能锂电池产品寿命不长、火灾爆炸等事件时发等问题也影响了锂电池储能产品的应用。2021年7月,国家发改委和能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,文件提出要坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用,实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。液流电池等新型储能电池的政策春天正逐步来临。液流电池在大规模储能的优势:超长循环寿命、高安全稳定性、绿色环保液流电池通过不同电解液离子相互转化实现电能的储存和释放。与传统二次电池相比,其电极反应过程无相变发生,可以进行深度充放电,能耐受大电流充放。与其他电化学储能技术相比,液流电池最突出特点就是循环寿命特别长,最低可以做到10000次,部分技术路线甚至可以达到20000次以上,整体使用寿命可以达到20年或者更长时间。其次,液流电池的储能活性物质与电极完全分开,功率和容量设计互相独立,便于模块组合设计和电池结构放置;储存于储罐中的电解液不会发生自放电;电堆只提供电化学反应的场所,自身不发生氧化还原反应;活性物质溶于电解液,电极枝晶生长刺破隔膜的危险在液流电池中大大降低;同时流动的电解液可把电池充电/放电过程产生的热量带走,避免由于电池发热而产生的电池结构损害甚至燃烧;最后,液流电池的电解液可以实现回收再利用,相比铅蓄和锂离子电池,不会对环境造成污染。产品分类看,液流电池按照电解液体系的不同可分为全钒、铁铬、锌溴等不同技术路线。全钒液流电池是目前商业化最为成熟的液流电池路线。首先,全钒液流电池经过多年示范考核,其大规模储能的工程效果已得到充分的验证,其他路线由于示范时间短,仍需要经历较长的验证周期;相比铁铬等技术路线,全钒液流电池的电解液、隔膜、膜电极等原材料供应链已经初步成型,国产化进程不断加快,已能够支撑起开展百兆瓦级的项目设计与开发,其产业配套更加成熟;最后,全钒液流电池系统(10MW-4小时储能配置)的单瓦时成本已经能够控制在2-3元的水平,已经具备初步商业化应用的条件。铁铬液流等路线虽然具备更大的降本空间,但从技术瓶颈突破、产业链培育和产能建设的进度看,未来五年其他液流电池路线的成熟度和成本水平仍难与全钒液流电池相媲美。液流电池与其他电化学电池技术对比资料来源:公开资料,高工产研新能源研究所(GGII),2021年10月综上,液流电池是更适合大规模、长时间储能场合的储能电池技术路线。从产业配套成熟度看,全钒液流电池将是未来五年主流的液流电池技术路线。随着装机规模的快速提升,液流电池的储能性能优势将会越发突出。2020年以来市场回顾:签订项目数创新高,产业链企业扩产加速需求端看,目前液流电池电化学储能装机量占比偏低,无论是全球还是中国,比例均低于1%。但2018年以来液流电池签订项目数和装机项目数均创新高,市场热度明显提升。以国内为例,根据不完全统计,仅从2021年到2021H1,国内规划的液流电池装机量超过6GW,容量超过20GWh。预计2022-2023年该批项目将会密集投运,整体规模将在2021年的基础上翻番,届时有望为国内液流电池市场带来巨额订单需求。2010-2020年全球液流电池装机量增长情况(MWh)资料来源:美国能源部2020年以来主要液流电池签署项目资料来源:公开资料、高工产研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月供给端看,根据GGII产业调研,大连融科、北京普能世纪、乐山伟力得为代表的电池企业,苏州科润、攀钢钒钛为代表的上游配套企业自2018年以来陆续融资扩产,为即将爆发的液流电池市场屯兵备粮。2021年国内主要液流电池产业链扩产项目(部分)资料来源:公开资料、高工产研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月现阶段液流电池市场规模较小,整体竞争格局尚未全面打开,大连融科与北京普能世纪涉足液流电池时间较长,其凭借着电堆产品迭代能力、供应链整合能力和MW级液流电池项目设计运维能力暂时处于国内领先地位,其装机规模也遥遥领先国内其他同行。但随着其他新进入者的加入与扩产项目的完成,未来市场竞争格局仍将存在较大的变数。产品技术端看,液流电池最为诟病的是其能量密度偏低,生产成本偏高。要推进液流电池储能技术的普及应用,还需要将电堆的功率密度、能量密度和转化效率再提升一个层次,从而降低电池的成本,提高其可靠性和稳定性,这是行业已经达成的发展共识。GGII预测未来5年,液流电池的产品技术发展将重点围绕着电堆结构设计的数值模拟仿真、更高效低成本电堆原材料(离子交换膜、双极板和碳毡等)、高功率密度电堆开发和电解液体系创新等四大方面开展。"十四五"储能液流电池规模预判:2025年全钒国内装机有望突破1GW随着各地液流电池储能示范项目落地并获得技术验证,"十四五"期间将是液流电池从定点示范走向推广的重要机遇期。高工产研新能源研究所(GGII)预测,"十四五"期间全钒液流电池凭借着更为成熟的产业配套和产品技术、更低的初次投入成本,将成为主流的液流电池技术路线。2025年全钒液流电池国内装机量有望突破1GW,新增的装机量主要来源于电源侧的可再生能源并网和电网侧的削峰填谷两大应用领域。增长的驱动力主要包括:1)新型储能政策号召下,国电投、华能、华润等能源央企加快投资液流电池等新型储能示范项目,推动液流电池装机量上一个台阶;2)大连融科、普能等国内产业链企业扩产项目投产,带动电解液、电堆产业链配套规模扩大,制造成本进一步下降;3)国内电价市场化改革持续,取消工商业目录电价、扩大峰谷电价差等电价改革措施在国内逐步落地,增强市场对不同储能技术路线的包容性和液流电池商业盈利性;4)锂离子电池安全隐患和储能时长有限缺陷使液流电池得到新的成长机会。为全面了解储能液流电池供求发展、技术路线、企业布局、未来前景等状况,高工产研新能源研究所(GGII)通过实地走访、电话调研、参考公开资料等途径获取了大量的行业信息并进行深度分析,最终形成《2021年中国储能液流电池市场调研分析报告》。报告共分7章,从储能细分领域(电源侧、电网侧和用户侧)、储能液流电池需求规模、竞争格局、产品与技术、重点企业、风险与建议等方面,为想要了解储能液流电池从业者提供全面的行业数据和分析报告。数据范围说明●本报告数据更新至2021年6月。●本报告数据以中国大陆地区数据为主,少量涉及全球其他地区数据。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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钒电池产业链深度解析

在“碳达峰、碳中和”背景下,以风电光伏为主的清洁能源将逐渐取代以煤炭、石油为主的化石能源。由于风电、光伏间歇性发电的特点,储能正在从过去的“可选项”变为发展新能源过程中的“必选项”。#钒电池#当前储能相关支持政策推出速度显著加快。2021年7月15日,国家发改委、国家能源局正式印发《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,明确到2025年新型储能装机规模达30GW以上,未来五年将实现新型储能从商业化初期向规模化转变,到2030年实现新型储能全面市场化发展。文件提出要坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用,实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。目前主要的液流电池包括铁铬电池、锌溴电池及全钒电池等。其中,全钒液流电池是目前研究和应用最广泛的液流电池技术,其十分适合作为储能电池,尤其是在光伏、风电等新能源领域。以钒电池为代表的液流电池,2019年装机规模为20MW,2020年装机规模达100MW,据不完全统计2020年以来钒电池项目,装机量已经超过6GW,容量超过20GWH。按照《关于加快新型储能发展的指导意见》政策制定目标,2025年累计实现新型储能30GW装机量,钒电池渗透率20%+,当前渗透率为1%左右,由于光伏、风电等将带动储能行业高速发展,钒电池未来发展前景广阔,2021至2025年有望是钒电池渗透率提升的第一阶段爆发期。钒电池有望成为储能行业大发展赛道上的新星。钒电池的工作原理:资料来源:UET钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery,VRB),为液流电池的一种,是一种基于金属钒元素的氧化还原的电池系统,其电解液是不同价态的钒离子的硫酸电解液。从应用领域来看,钒液流电池当前已实现在智能电网、通信基站、偏远地区供电、可再生能源及削峰填谷等项目中的应用。全钒液流电池,寿命长、规模大、安全可靠的优势尤为突出,可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站不易燃烧,可实现100%放电,而不损害电池,成为规模储能的首选技术,在调峰电源系统、大规模风光电系统储能、应急电源系统等领域具有广阔的应用前景。钒产业链上游:资源端储量丰富钒在地壳中为第17种常见元素,在地壳中的含量为0.02~0.03%,分布广泛。钒常以钒铁、钒化合物和金属钒的形式广泛应用于冶金、宇航、化工和电池等行业。钒很少形成独立的矿物,主要赋存于钒钛磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩中,此外还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中(如石油、煤)。绝大多数的钒供应来源于共伴生矿床:钒产量中大约有71%来自钒钛磁铁矿炼钢后得到的富钒矿渣,18%直接来自钒钛磁铁矿,二者合计达到89%,其他的钒来自钒铀矿、含钒燃油灰渣、含钒石煤、废化学催化剂等等。钒主要以伴生元素赋存于钒钛磁铁矿中:资料来源:USGS全球钒矿储量主要集中在中国、俄罗斯、南非,中国储量占全球的43%。中国的钒矿产量占全球62%。2020年全球钒静态开采年限达到253年,相比于其他金属20-50年的静态开采年限,钒的资源十分充足,其资源储量完全有能力保障需求的数量级增长。中国的钒矿产量占全球62%:资料来源:USGS, 行行查国内钒资源主要以钒钛磁铁矿共伴生存在为主,分布区域主要有四川攀枝花地区、河北承德地区和辽宁朝阳地区。从钒储量来看,四川攀枝花地区的钒资源最为丰富,攀枝花市境内钒钛磁铁矿保有储量达237.43亿吨,其中钒资源储量达1865万吨,约占全国储量的62%,攀钢钒钛是国内最大的钒产品生产商,2020年公司钒产品产量占国内产量的18.75%。具备钒制品(折合V2O5)产能2.2万吨/年,外加托管的西昌钢钒的产能1.8万吨/年,公司实际控制的产能达到4万吨/年。我国主要钒生产企业还包括河钢承德钒钛新材料、川威特殊钢、四川德胜集团钢铁、承德建龙特殊钢等。经历产能出清过后的钒行业集中度提升,竞争格局优化,龙头企业定价权进一步提升。攀钢钒钛行业龙头地位得到强化与巩固,定价权得以进一步提升。钒产业链下游:钢铁为主要应用领域,储能需求高速增长钒的下游包括钢铁与铸造、钛合金、化工以及储能,钒的应用集中在钢铁领域,占比达到85%。储能方面则被用在全钒氧化还原液流电池中。根据Roskill,得益于对螺纹钢标准的执行,中国的钒使用强度已经超过了世界平均水平,正在超发达国家迈进。到2030年,全球钢铁对钒的需求将达到约136000吨,年均复合增长率达到2.7%。“双碳”背景下钢铁行业对钒的需求增量有限。随着储能的高速增长,钒电池有望带动钒需求呈现爆发式增长。Roskill预测到2030年,VRFBs的钒需求将以约56.7%的复合年增长率增长。世界银行预测,到2050年,单是储能领域的钒需求量就可能达到2018年全球钒产量的两倍。钒电池与锂电池相比的优劣势从成本端来看,与锂电池相比,钒电池最大的劣势就是成本。随着消费电子和新能源汽车对锂电池行业的拉动,锂电市场规模急剧扩大,技术不断进步,加上规模效应,带来成本的大幅下降。资料来源:CNKI, 行行查由于尚未规模化商用,且受制于设备、产能以及高额的前期投入,目前钒电池成本约为锂电池的2-3倍。以当前集装箱交付的价格(含电池包、温控系统、换流系统、消防系统、监控系统等),目前钒液流电池成本达3-3.2元/Wh,对比目前储能锂离子电池成本约1.2-1.5元/Wh,钒电池仍面临巨大的价格压力。全钒液流电池储能系统由电堆、电解液、管路系统、储能变流器等组成,其中电堆和电解液成本占系统总成本的85%左右。随着政策推进,钒电池形成规模化、集群化产业后,电池成本有望进一步下降。全钒液流电池关键技术:资料来源:《全钒液流电池》,行行查相比锂电池,安全是钒电池最大的优势。与目前储能电站的主流电池——使用非水电解液的锂电池不同,由于全钒液流电池电解质离子存在于水溶液中,发生过热、爆炸的可能性大大降低,液流电池的安全性能让其在电池领域脱颖而出。另外,不同于锂80%供应在海外,钒的供应大约50%在国内,资源不会受制于人。钒的需求结构一直相对稳定,90%来自钢铁,储能目前只占1%。但是随着储能进入爆发期,2025年占比有望超过15%,2030年有望超过30%。正如2015年的锂钴和2018年的镍的发展格局,新的需求领域带来了新的成长空间。随着储能行业的快速发展,钒产品未来的需求空间打开,钒有望成为继锂钴镍之后能源金属。钒电池放电过程:资料来源:北京普能从钒电池的历史发展沿革来看,钒电池相关研究源于1984年UNSW对2/3价与4/5价钒离子电对在氧化还原电池中的应用,并于1988年开始进入工业研发阶段。1995年,中国工程物理研究院电子工程研究所从率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了500W、1000W的钒电池样机,成功开发了4价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、电池组装配和调试等技术。2002年,钒钢龙头企业攀枝花钢铁公司以深化资源利用为目的,与中南大学合作介入了钒电池的研发。2009年,中国普能实现对全球最大钒电池公司VRB Power Systems公司的资产收购,包括其拥有或控制的所有专利、商标、技术秘密、设备材料等。此外,VRB PowerSystems公司的核心技术团队加入合并后的公司。资料来源:行行查从钒电池市场格局来看,目前钒电池市场体量较小,龙头格局未显,产业仍处于发展初期。目前全球范围内研发和制造企业主要包括日本住友电工SEI、大连融科、北京普能、美国UniEnergyTechnologies等。国内钒电池生产企业主要为北京普能、大连融科、武汉南瑞(国网英大子公司)、上海电气及伟力得。根据国家发改委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》所制定的目标,到2025年新型储能装机规模将达30GW以上,与目前的装机量相比仍有巨大的空间。钒电池由于其寿命较长,安全性较好,其在储能领域的渗透率将稳步提升,2025年钒电池在储能领域渗透率有望达到15%-20%。国家能源集团北京低碳清洁能源研究院储能技术负责人刘庆华表示:“十四五”时期,我国全钒液流电池将迎来非常好的大规模推广时机。随着各地全钒液流电池储能示范项目落地并获得技术验证,未来5年内预计将是全钒液流电池从成熟走向推广的重要窗口期。”

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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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