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动力电池产业链“西进” “双轮联动”才能赢在未来

近年来,国内外动力电池产业链公司纷纷“西进”,入川投资项目。正如中科院院士欧阳明高判断的那样:动力电池产业链的趋势是向西部转移,特别是向四川转移。7月30日,全球动力电池“霸主”宁德时代宣布与四川省成都市签署战略合作框架协议,宁德时代将在成都设立西南运营总部和成都研究院,构建西南研发运营总部。而此前,宁德时代已宣布在四川省宜宾市投资640亿元,建设全球最大单体动力电池生产基地项目。除宁德时代外,近两年,中创新航、亿纬锂能、蜂巢能源等几个排在国内动力电池出货量前十的企业,纷纷在四川落地建厂,初略估算,投资规模已有数千亿元。此外天赐材料、贝特瑞、杉杉股份、富临精工等一批动力电池产业链企业,也在用真金白银在四川投资。而在不久前闭幕的2022世界动力电池大会上,四川宜宾签约动力电池和新能源汽车配套项目48个,涵盖正极材料项目、负极材料、隔膜、电解液、铜(铝)箔、结构件、电池回收利用等领域,签约总金额962亿元。签约企业中,不乏中材锂膜、远东控股、大族激光、贝特瑞等行业细分领域龙头企业。项目全部建成达产后,预计可实现产值超1500亿元,税收近100亿元。稳住经济大盘是当前全国各地的重头戏。此时来看动力电池产业链企业的“西进”,应当视为一股现象级产业投资浪潮。那么,这些企业究竟看中了四川哪方面优势?接下来,当地需要怎么做,以便更好地提供服务并争取引入更多企业?“雁阵”新格局与四川优势动力电池产业链近些年“西进”,并非偶然,而是得益于产业转移的“雁阵模式”。纵观动力电池产业发展历程,我国华东尤其是东南沿海地区的动力电池产业起步早,凭借人才密集、地理位置、制造业基础发达等优势,已形成一定产业集群和“头雁效应”,无论是产业配套还是应用市场都相对成熟。从区域布局看,华东地区目前是动力电池产能的集中区,截至去年底已投产产能超300GWh,占比超60%。而相比之下,以川渝为代表的西南地区,动力电池产业起步较晚,整体处于追赶态势。这股“西进”浪潮也较为充分印证了,西南地区尤其是四川,凭借其丰富的资源优势,加上产业转移和政策支持力度的持续增大,对动力电池及产业链配套企业的吸引力持续增强,并超过华中地区。由此,我国动力电池产业形成了华东、西南、华中三大集中区域格局。“雁阵”新格局的形成,源于四川的综合优势。首先是四川矿石锂资源丰富,占全球6.1%、全国57%,为其形成规模化的动力电池产能提供了有力支撑。近年来,西南地区的动力电池产能已位居我国第二位,占比为12%;华中、西北、华南、华北地区依次位居其后;而在东北地区,今年2月才正式开工建设首个动力电池工厂。在吸引企业落户的诸多因素中,区位和交通优势也是一大加分项。以四川宜宾为例,这个颇具潜力的动力电池生产基地,2018年成为全国50个铁路枢纽之一,是川滇黔渝四省市唯一入围的地级市。2021年11月,宜宾市提出在铁路建设方面要建成“覆盖市域、连接成渝贵昆、通达全国”的高铁客运枢纽,建成成自宜高铁、渝昆高铁宜宾至重庆段,实现既有和在建铁路路网规模突破800公里。这意味着,在这里生产的动力电池及配件,将有条件辐射整个西南市场。而在中欧班列的持续开行下,这里更有机会成为对外开放的重要前沿阵地。例如,如果在欧洲设立动力电池工厂的成本较高,企业可选择来此建厂生产,然后通过中欧班列,只用13天到15天就能将产品运到德国,这在过去走海运需要50天。另一项优势,在于丰富的水电资源。在动力电池生产成本中,占比较高的是电力。四川地处第一阶梯和第二阶梯的交汇处,西高东低的特点很明显,因此四川各条河流上有很多小水电站,是全国水力发电量最多的省份,高达3349.1亿度。全国排名前十的水电站,四川占了7个。这样一来,不仅为企业节省成本,更有助于节能减排“绿电生产”。例如,四川时代之所以成为动力电池零碳工厂,就离不开当地丰富的水电等清洁能源的助力。数据显示,四川宜宾每年超过300亿度的发电量中,约73.5%是水电,而宁德时代在宜宾的工厂有80%以上的能源来自于可再生能源——水电,每年可减少约40万吨碳排放。在发挥上述优势同时,当地积极打造规模庞大的生产制造基地,探索前沿技术、参与国家标准认定、吸引人才落地,构筑了产业生态赖以发展的重要基础。目前,四川已培育引进了宁德时代、中创新航、蜂巢能源、华鼎国联、天齐锂业、巴莫科技等一批行业领先企业,聚集锂矿采选、基础锂盐、电池材料、动力电池、新能源汽车及动力电池回收利用等产业链上下游企业近100户,具备锂矿开采能力近150万吨,基础锂盐产能24万吨,正负极材料产能125万吨,动力电池产能100GWh,推广应用新能源汽车41万辆,产业集聚效应明显。“链主”新生态与产业未来作为国内动力电池产业发展重点区域之一,四川动力电池产业大有后来居上之势。展望前路,四川动力电池产业潜力巨大,正蓄势形成动力电池产业聚集的新高地。预计到2025年,四川将形成锂矿开采能力500万吨,基础锂盐产能60万吨,正负极材料产能250万吨,动力电池产能350GWh,推广应用新能源汽车80万辆,实现产业高速高倍增长,成为世界级动力电池产业集群。实现上述目标,迈向更为高质量而可持续的产业发展轨道,离不开政策与市场的“双轮联动”。尤其需要围绕动力电池产业链做好各项服务,聚焦产业协同,精准破解产业链协同发展难题,持续释放不同利益主体互补潜力,不断提升产业链供应链的稳定性和竞争力。首先要充分调动“链主”企业积极性,利用其自身市场份额、产业发展和项目资源等优势,牵引和推动上下游关联企业扩大投资。“链主”在整个供应链中占据优势地位,对供应链中企业的资源配置和应用,具有较强直接或间接影响力,不仅是整条供应链价值实现最相关的企业,而且肩负着提升整个供应链绩效的重任。其次要通过招商引资奖励、支持“链主”与中小企业融通发展等方式,提升“链主”的生态主导力。相关部门不能替代“链主”直接配置市场资源,“链主”也不可挟链自重而忽视产业生态的融通共生。要构建亲清政商关系,厘清政府与市场边界,为优化营商环境、营造良好生态保驾护航;瞄准企业从落地到生产经营中的难点、堵点,以有力的举措、贴心的服务为企业排忧解难,助力产业落地开花。再就是坚持差异化原则,加强产业统筹协调,实施更多实招硬招。不仅锻长板,也需补短板,将关联度高、协同性强的各类企业及行业协会等社会组织纳入产业链,充分运用好企业、资本、科研机构、领军人才、服务资源构建全产业链、全生命周期服务体系,打造产业集群、推动产业升级,鼓励“链主”企业主动参与产业基础再造工程,启动投资规模较大、投入产出比高的引擎性项目,形成全产业链融合发展新模式。在此过程中,人才支撑是重中之重。四川在继续大力发展教育的同时,应促进产学研深度合作,推进产教融合人才培养。针对动力电池和新能源汽车等产业需求,加快应用型人才培养体系构建,提升人才职业素养与实践能力,促进产教融合进入良性循环。要强化市场主体地位,重点破解人才培养瓶颈,使产教融合真正渗透到人才发展的全周期,努力培养出适应产业发展之需的高素质复合型应用型人才。下一步还要协同推进数字化转型与绿色化升级,培育和引进更多企业。以四川宜宾为例,该市在持续推动产业转型升级、绿色发展的基础上,目前正加快发展“一蓝一绿”产业。其中,“蓝”是数字经济新蓝海,即围绕超高清视频、汽车电子、虚拟现实等细分领域,推动智能终端产业向数字经济领域延伸发展,实现由低端密集型向中高端附加型升级演变,促进产业提质增效;“绿”是绿色新能源产业,即依托动力电池核心产业及向家坝电站绿电资源,推进动力电池产业链发展,向上游光伏等清洁能源生产存储和下游新能源汽车、充换电设备等新能源应用终端多元化发展。这样的区域探索与实践,有望吸引越来越多的企业和人才。看好四川发展潜力的欧阳明高院士,在宜宾设立了院士工作站,在他看来,这里不仅将成为全球动力电池生产制造中心,也会是动力电池研发、人才聚集的高地。他相信新兴产业会带动四川经济转型,动力电池和新能源产业将超越白酒成为宜宾第一大产业。笔者也乐见其团队攻克动力电池当前瓶颈,从技术和材料等层面研发出全新的电池。这片热土,正在创造未来。(作者系国研新经济研究院创始院长、新经济智库首席研究员)

作者:朱克力 详情
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新能源车拉动需求 动力电池企业上半年营收翻番

8月,国内乘用车消费逐步恢复至正常状态,根据中汽协最新消息,当月乘用车产销分别完成215.7万辆和212.5万辆,同比分别增长43.7%和36.5%。其中,新能源汽车产销分别完成69.1万辆和66.6万辆,产销同比分别增长1.2倍和1倍,创历史新高。随着新能源汽车渗透率不断上升,上游动力电池等产业链相关企业也从中获益匪浅,装机量位居全球首位的宁德时代2022年上半年营收同比增长156.32%、归母净利润同比增长82.17%;欣旺达2022年上半年营收同比增长38.49%。“锂电池隔离膜”制造商恩捷股份营业收入同比增长69.62%、归母净利润同比增长92.32%。此外,锂矿企业如天齐锂业、融捷股份、西藏矿业、赣锋锂业等营收增长同样明显。在磷酸铁锂等动力电池原材料价格波动上涨的市场环境下,动力电池企业正通过收购、成立合资公司等方式对上游锂矿资源开展争夺。新电池产品绑定车型根据生意社最新消息,9月12日,磷酸铁锂基准价约为每吨15.2万元。今年以来,磷酸铁锂均价由每吨10.3万元波动上涨,最高均价近每吨17万元。受到上游锂矿资源价格上涨的影响,动力电池企业产品价格、净利润、毛利率等均有所调整。宁德时代在最新的投资者电话会议中谈及三季度毛利率时表示,公司与客户友好协商的动力电池价格调整机制二季度以来逐步落地,随着动力电池系统价格调整到位、产能利用率提升及降本措施推进落地,公司动力电池毛利率较上半年略有改善。储能产品与动力电池商业模式不同,价格传导机制较慢,导致上半年毛利率较低,随着新项目价格调整逐步到位,储能产品毛利率较上半年也将有所改善。而欣旺达2022年上半年营收增长,扣非后净利较上年同期增长11%,但归属于上市公司股东的净利润较上年同期下降39.72%。此前2021年业绩说明会上,欣旺达方面曾表示,根据不同的客户、项目以及产品结构的情况,已对售价做出相应调整,上涨幅度参考行业龙头公司的水平。除了调整价格的策略,动力电池企业正加速推出新电池产品搭载于实车。最新消息显示,宁德时代第三代CTP麒麟电池将在今年底实现量产出货,而不是此前宣布的2023年。首批量产电池将于明年第一季度装载于吉利汽车旗下的纯电豪华MPV极氪009系列上市。除了极氪汽车,麒麟电池方面此前宣布,首批量产电池也将搭载赛力斯集团的AITO问界系列新车型。赛力斯汽车董事会秘书申薇在2022年半年报业绩会中提到,宁德时代为赛力斯汽车重要的产业股东,双方保持了良好的合作关系及技术合作。日前,问界M5 EV已正式发布,这也是问界汽车第三款量产产品。相较之下,宁德时代入股的阿维塔汽车最新产品阿维塔11则并未选用麒麟电池。对此,阿维塔公司方面曾向媒体记者表示:“阿维塔11没有选用麒麟电池,主要是因为双方生产节奏方面的差异。麒麟电池目前还未实现量产,而阿维塔11很早前就确定要在今年底之前交付。目前,阿维塔11采用的宁德时代CTP2.0电池包是宁德时代已量产的最好的电池技术。”除麒麟电池外,日前,宁德时代与宝马集团达成圆柱电池供应框架协议。从2025年开始,宁德时代将为宝马集团“新世代”车型架构的纯电车型供应圆柱电池。按照协议,宁德时代将为宝马集团供应标准直径为46毫米的新型圆柱电池。宁德时代方面表示,这些产品将在位于中国和欧洲的两座电池工厂生产,每座工厂供应宝马的年产能为20GWh。据悉,新型圆柱电芯可使续航提升多达30%,能量密度将提升超过20%。此外,在2022世界新能源汽车大会上,宁德时代首席科学家吴凯还透露,宁德时代计划在2023年推出新一代电池电芯——凝聚态电池。据介绍,凝聚态电池拥有安全性高、可靠性高、循环寿命好等特点,而凝聚态电池的重要材料则是石墨烯。进军上游锂矿资源不断被透露的新电池产品正等待上市,宁德时代对原材料的需求也随之加大。近期,宁德时代对国内的锂矿资源频频出手。9月上旬,《江苏龙蟠科技股份有限公司关于购买股权暨对外投资的公告》显示,龙蟠科技、宁德时代全资子公司宜春时代新能源资源有限公司(以下简称“宜春时代”)、唐山鑫丰锂业将共同投资年产3万吨碳酸锂项目。项目总投资不超过15亿元,实缴出资完成之后,龙蟠科技在合资公司内的占股比例为61%,宜春时代占股29%,鑫丰锂业占股10%。此前2021年,宁德时代已向龙蟠科技旗下企业山东锂源预付3.5亿元货款,包销山东锂源年产5万吨磷酸铁锂项目自落成之日起至明年底的全部产能。同年底,宁德时代通过旗下福建时代闽东新能源、宁波问鼎投资等公司,对龙蟠科技子公司常州锂源持股12.7%。目前,宜春时代拥有的含锂瓷土矿已取得了采矿权,将按步骤推进后续工作。值得一提的是,今年4月,宜春时代以8.65亿元报价竞得江西省宜丰县圳口里-奉新县枧下窝矿区陶瓷土(含锂)探矿权。据悉,自去年以来,宁德时代在江西已开展了锂电上游资源和相关产业链的布局,通过控股或参股的方式设立不同主体,分别在采矿、选矿及碳酸锂冶炼环节开展业务。目前,宁德时代在江西锂资源开发进度因采矿、选矿等环节有所影响,但已先后取得探矿权、采矿权,业务进展顺利,且有多家碳酸锂冶炼产能合作方。除自采矿外,有部分合作矿及权益矿,已经开始供应。在进击上游锂矿的道路上,宁德时代也有所取舍。近期,宁德时代方面宣布,因项目筹建过程中面临的新情况,已与永兴材料友好协商终止此前的合作协议。今年1月26日,永兴材料与宁德时代签署《合资经营协议》,双方将成立合资公司投资建设年产5万吨碳酸锂项目及在公司碳酸锂产品方面开展合作。此次合作终止后,宁德时代将回购永兴材料全资子公司江西永兴新能源持有的30%合资公司股权(对应认缴注册资本出资额3亿元人民币,以下简称“标的股权”)。宁德时代按江西永兴新能源实缴出资额(即780万元人民币)加上3.5%的年化利率(单利)计算标的股权的转让价格,经计算股权转让对价为人民币787.03万元。另在扩产方面,日前厦门时代新能源电池产业基地项目(一期)已正式开工,该项目总投资不超过130亿元,主要建设动力电池及储能电池生产线。此前,厦门时代新型锂离子电池项目(一期)已开工。至此,宁德时代将在厦门推动形成新能源动力电池产业集群式发展。《厦门市“十四五”战略性新兴产业发展专项规划》指出,厦门市将大力布局关键产业链及其核心环节,将新材料与新能源产业视为新兴主导产业,力争到2025年,新材料与新能源产业总规模达1400亿元。

作者:沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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新能源汽车市场火热,动力电池亟待实现“绿色回收”

汽车电动化已成为大趋势。然而,持续高速增长的巨量电池需求,推动了上游资源价格的暴涨,尤其是镍、钴、锂等金属,近年来价格上涨甚至超过10倍。建立一个成熟的电池回收再利用体系,对于从根本上缓解当前和未来供应链问题、推动中国从新能源汽车大国走向新能源汽车强国,有着重要且积极的意义。燃油车时代,中国输在了起跑线。新能源汽车时代,中国企业技术上已经走到了世界前列,产能上更是遥遥领先,借助循环再利用补上资源短板后,产业链的优势必将更为稳固。【上篇】千亿市场:动力电池回收高峰期到来李少鹏 覃秘 陈啸雨“今年上半年,我们动力再生公司做了9000多吨(电池),超过了去年一年的量。现在仓库里堆满了报废电池,正在扩产。”8月2日,格林美(武汉)城市矿产循环产业园副总经理、武汉动力电池再生技术有限公司董事长张宇平介绍。就在此前一天,工业和信息化部节能与综合利用司召开新能源汽车动力电池综合利用工作座谈会时,相关负责人表示将研究制定《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理办法》和行业急需标准,健全动力电池回收利用体系,支持柔性拆解、高效再生利用等一批关键技术攻关和推广应用,持续实施行业规范管理,提高动力电池回收利用水平。总体上看,中国的新能源汽车产业已经跑到了全球前列,循环再利用可以补上资源短缺的短板。“眼下,动力电池回收利用市场相当火爆,大量资金涌入,大家都期望能在千亿级的市场分一杯羹。此时要尤为冷静,脚踏实地,真正实现从绿色能源到绿色回收。”张宇平说。动力电池回收迎来高峰期为什么在这两年,建立动力电池回收系统突然成了一件迫在眉睫的事情?因为新能源车“井喷”了。2015年至2020年,我国全年动力电池装机量从16GWh增长至63.6GWh,年复合增长率超过50%。到了2021年,我国全年动力电池装机量达到154.5GWh,占全球总装机量的52%。中汽协最新统计数据则显示,2022年1至7月,我国动力电池装机量达到134.3GWh,同比增长高达110.6%。新能源汽车猛踩油门,让动力电池回收的问题愈发急迫。考虑到动力电池的平均4~6年的有效寿命以及5~8年的使用年限,结合2014年开始的电动车快速普及,2021年底,我国迎来了第一批电池退役高峰。事实上,在新能源车高速发展的同时,动力电池回收行业并没有闲着,而是在积极完善自身体系。2017年2月出台的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》提到,鼓励电池生产企业与综合利用企业合作,在保证安全可控的前提下,按照先梯次利用后再生利用原则,对废旧动力蓄电池开展多层次、多用途的合理利用。“动力电池回收利用体系的建设是一个循序渐进、不断完善的过程。”工信部节能司副司长尤勇表示,当前动力电池的回收利用市场正在发生深刻变化,在市场作用驱动下,动力电池回收利用商业模式正在不断创新,产业链分工也更加细化。动力电池回收产业取得的成绩有目共睹。工信部统计数据显示,目前我国已在31个省区市326个地市级行政区建立了1万多个回收服务网点。据国家动力电池溯源平台数据分析,截至今年3月底,我国再生利用企业已资源化回收处置6.4万吨废旧动力电池,梯次利用已处置7016吨废旧动力电池,并以此生产了780MWh的梯次产品。急速增长的新能源车市场,带来动力电池批量退役的巨大压力。基于动力电池产销量和生命周期,相关部门预计,到2025年我国动力电池累计退役量将达到108万吨。若不能得到恰当处置,如此巨量的退役电池既是对资源的浪费,也对环境危害甚大。如何把现有技术优势、回收体系优势转化为产业优势、效益优势,成为行业上下普遍关心的问题。广汽集团董事长曾庆洪认为,需要制定长期的发展规划,严控资源开采,加快电池回收的体系建设,突破核心技术,加强协调合作促进动力电池产业健康发展。产业链已基本打通“邦普循环镍钴锰的回收率已经达到了99.3%,锂的回收率达到了90%以上。”7月下旬在四川宜宾举行的2022世界动力电池大会上,宁德时代董事长曾毓群表示,矿产资源并不是产业发展的瓶颈,电池里面绝大部分材料都可以循环利用。邦普循环是宁德时代控股子公司,也是国内领先的废旧电池循环利用企业。与大众通常的认知不同,在专业人士看来,资源再生只是电池报废后的最后一步,在此之前,要尽可能地进行梯次利用,做到物尽其用。具体来说,是指对废旧动力蓄电池进行必要的检验检测、分类、拆分、电池修复或重组为梯次产品,使其可应用至其他领域的过程。难度是显而易见的。退役电池究竟还能不能用、怎么用?这需要识别判断。相比于新电池,退役电池的安全性和性能之间差异较大,在梯次利用前需要对电池状态的价值进行判断,并评估其剩余寿命和安全性。一些示范项目的成功运营,增加了梯次利用从业者的信心。去年7月,南京地区100台顺丰电动三轮车参与了顺丰集团与华友钴业合作开展的铅酸电池换锂电池测试项目。测试结果显示,梯次利用锂电池相较普通铅酸电池,重量轻、动力强、续航长、充电速度快,目前已安全行驶50万公里。据华友钴业相关负责人介绍,公司打造了“城市智慧能源互联网梯次利用”服务模型,积极推进物联网、智慧城市、新能源储能等领域的梯次锂电池应用,包括5G无人物流车、外卖或快递电动车、城市环卫电动车等应用场景,已在北京、上海、深圳、广州等60多个城市运营。经济价值是推动行业进步的源动力。华友钴业总裁助理、华友循环总经理鲍伟介绍,回收行业通过梯次利用和再生利用,使锂电池全生命周期的成本降低了20%以上。资本涌入时尤需冷静“行业前景广阔、梯次利用示范效应明显、再生技术已取得突破等,让大家嗅到商机。”有接受采访的业内人士表示,近两年受锂电上游原材料价格大涨等因素影响,资本大量涌入。据中商产业研究院数据,2020年电池回收相关企业注册量为6609家,2021年新增2.8万家,预计2022年注册量将突破4万家。在回收渠道方面,截至2022年1月,工信部认定的新能源汽车动力蓄电池回收服务网点共14899个。早在2018年,工信部发布了《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单(第一批),华友钴业、格林美、邦普循环、光华科技和赣州豪鹏5家企业入选,被业内称为“白名单”或“正规军”。截至目前,白名单企业已有47家,其中近20家拥有再生资质(部分企业拥有多个资质)。“行业还没完全发展好就开始内卷了,这不是我们应当提倡的。”中国工程院院士孙逢春表示,要谨防回而不收、收而不用、收而滥用等问题。据了解,武汉动力再生目前聚集了10多名博士,围绕动力电池的梯次利用和再生等进行技术攻关。张宇平介绍:“以锂为例,如果回收率能提升一个百分点,每吨(废旧电池)的再生价值就可以提升几千元。”新能源汽车产业,中国有先发优势。动力电池产业,中国产能占据全球一半以上,规模优势明显,技术上也处于全球领先。如果能把回收再利用这个环节做好,就可以形成完整的循环产业链闭环,真正实现绿色发展。【下篇】突破资源瓶颈,补齐产业短板覃秘 李少鹏 陈啸雨对于动力电池回收利用产业的发展逻辑,企业家们的说法很直白。“为什么要做循环?因为天然矿山不够用嘛!废旧电池通过回收再利用,既解决了环保问题,又得到了宝贵的资源,还能有钱赚,何乐而不为?”格林美董事长许开华此前在接受采访时表示,格林美已在武汉、荆门、无锡、天津等地建设了5个动力电池回收与处置基地。还有一种更为宏大的表述,那就是补齐中国新能源汽车产业的短板,进一步提升中国新能源汽车产业在全球的地位和话语权。以循环大道突破资源瓶颈“做新能源汽车,做动力电池,到底谁在赚钱?”8月15日,第二届新能源电池及关键核心材料的前沿技术与智能制造高峰论坛在成都召开,3周前宜宾论坛的焦点争议再次被抛出。全行业持续热议的背后,是产业链上下游利益分配的不均。“动力电池成本已占到汽车(成本)的40%、50%、60%,等于我们给宁德时代打工。”广汽集团董事长曾庆洪说。宁德时代也很委屈,宁德时代董事长曾毓群说:“在产业的高速增长中,上游原材料的炒作带来了产业链短期的困扰。碳酸锂、PVDF(聚偏二氟乙烯)、六氟磷酸锂等原材料在一年时间内出现了价格暴涨。”如何解决供需矛盾?循环再利用成为业内共识。“电池不同于石油,绝大部分材料都是可以循环利用的。”曾毓群说,预计到2035年,对退役电池材料的循环利用就可以满足大部分的市场需求。机构的态度也普遍乐观。长江证券相关研报认为,预计2030年通过回收获得的锂、镍、钴分别占同期需求量的31.4%、26.8%、29.3%。亿欧智库则作出了锂资源战略规划的“三部曲”预测:2030年实现“锂达峰”,2040年实现锂自足,2050年实现锂内循环。即到2040年,我国的锂资源将实现国内开采和使用的自给自足。到2050年,仅依靠锂资源的回收,就可以满足动力电池和储能行业对锂盐的需求,最后形成锂资源自足内循环和零新开采的局面。梯次利用提升全生命周期价值据光大证券报告,当动力电池退役时,其电池容量一般只下降到原性能的80%。在电池性能仍维持在20%~80%时,测评通过的退役动力电池可用于低功率电动车、电网储能、家庭储能等领域,当电池性能低于20%时,再进入报废处理环节。逻辑很容易理解。武汉动力再生董事长张宇平打比方说,一个优秀的运动员,随着年龄的增长,可能参加不了最顶级的赛事了,但也没有必要就此闲下来,还可以做很多其他的工作。“电池也一样,我们费了那么多功夫,把电池做得那么好,用一次就不要了吗?换个场景,完全可以再用的。”“截至2021年底,公司使用梯次电池的基站已经有约50万个。”中国铁塔相关负责人介绍,这些基站遍布31个省份,总计使用了51万组梯次电池,累计使用量达3GWh,相当于5万辆乘用电动车的废旧电池。近年来,工信部会同有关部门制定了适合我国国情的动力电池回收利用管理政策及标准体系,并在京津冀等17个地区及中国铁塔公司开展了动力电池回收利用试点。延长电池的使用寿命,成为“减碳”的首要选择。根据国际清洁交通委员会(ICCT)的研究:从全生命周期来看,新能源车每公里的二氧化碳排放量约为130g,但若能对废旧的动力电池进行梯次运用、再生应用,其所对应的新能源车每公里碳排放量将分别下降22g、4g,进而显著降低新能源车全生命周期的碳排放量。国家动力电池溯源管理平台,为我国动力电池的回收再利用提供了大数据支撑。北京理工大学教授、中国工业节能与清洁生产协会新能源电池回收利用专业委员会副主任兼秘书长王震坡介绍,该平台已接入车辆超1000万辆,电池包超1400万套,电量超500GWh,基本能够实现全国90%以上的电池信息录入,溯源整体管理可控。“动力电池回收技术是电池的再制造,如何把退役的各种各样的电池实行再装配,本身就是一个技术挑战。”许开华认为,动力电池要从源头进行绿色设计,回收要有强制的准入门槛和规范,形成高度有序、高度规范、上下游责任分工明确的绿色发展体系。“拆解一两种电池不难,但是几千种电池呢?”张宇平说,拆解是动力电池回收再利用的一个关键痛点。由于设计思路、材料选择等多方面的不同,动力电池的型号类型非常繁杂,极大地提高了回收企业拆解或利用退役动力电池的难度。一方面,一套拆解或者回收方案很难应用到所有动力电池上;另一方面,只有形成规模效应才能提高效率降低成本。此外,众多资金的涌入,推升了废旧电池的市场价格,导致回收利用的经济性欠佳。回收正极金属,一度是电池回收行业中利润丰厚的一个环节,随着相关金属价格的大幅上涨,原材料往往被“抢走”。“前几年,磷酸铁锂电池企业要付费给我们拆解,我们收危废处理费,现在市场上有人出高价买走他们的废旧电池。”江西一家动力电池再生企业的负责人介绍。当前,国内动力电池回收再利用仍面临市场机制成熟度不高,各环节涉及企业多、信息不畅通等挑战。中国工程院院士孙逢春建议,要强化产品循环利用效率和设计理念,强化动力电池能源属性,弱化其高价值电动汽车部件属性;追求适合场景和满足需求的续航里程,节能降耗;大力推广换电模式、车电分离,以及高效和长寿命电池。提升国际产业话语权欧盟公布的《新电池法》提案已于2022年2月获得了欧盟环境、公共卫生和食品安全委员会(ENVI)的通过,其中第八条规定:到2030年,钴、铅、锂、镍再生原材料含量占比分别达到12%、85%、4%、4%;到2035年则提升至20%、85%、10%、12%。“在此背景下,中国电池企业需要加大对再生材料的利用,加强相应的供应链建设,不然就会被挡在门外。”亿纬锂能相关负责人称。自2024年起,格林美承诺向亿纬锂能供应每年1万吨以上的回收产出镍产品,合作期限自产品供应开始延续10年。美国也有保障电池供应链安全及环保方面的规定。《美国国家锂电发展蓝图2021-2030》中提到,要实现锂电池报废再利用和关键原材料的规模化回收,在美国建立一个完整的具有竞争力的锂电池回收价值链。据国际能源署数据,2021年,全球新能源车销量近660万辆,其中中国新能源车销量近330万辆,同比增长近两倍,并且以一国之力就超过了2020年全球的总销量。而且,销量前15名中,自主品牌占据了12席。另据韩国研究机构SNE Research数据,今年上半年,在全球动力电池市场上,前十大公司中有6家是中国公司,合计市场占有率超过一半。

作者:李少鹏 覃秘 陈啸雨 详情

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“三明治式”固态锂电池三分钟充满电,商业化还要多久?

固态电池技术迎来了突破。近日,美国哈佛大学研究团队开发了一种新的固态电池,该电池能够循环10000次,有望实现3分钟内完全充电,并且可持续使用20年。这款固态电池使用的是纯金属形式的锂,使用固体电极和固体电解质,而不是锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质。在实验室中,电池原型能够成功完成 5000至10000次充电循环。哈佛大学研究团队对于固态锂金属电池的研究可追溯至去年5月,但彼时的技术停留在“10~20分钟内完全充电,10~15年的电池使用寿命”层面上。这款电池的设计灵感来自于英式经典三明治。如果将电池想象成三明治,首先一层是面包(锂金属阳极),然后是生菜(石墨涂层),接下来是一层西红柿(第一种电解质)和一层培根(第二种电解质),最后是另一层西红柿和最后一块面包(阴极)。研究团队认为,通常其他固态设计中的锂金属阳极会发展出树突状的生长,可以逐渐通过电解质渗透到阴极,进而导致锂离子电池短路。也就是说,锂离子电池在使用过程中产生的树突或枝晶是电池着火的根本原因。而三明治的多层结构可防止枝晶结构生成,在这种设计中,树突在“生菜”和“番茄”中生长,但在“培根”处停止。“培根”屏障阻止枝晶穿过使电池短路,从而防止了故障产生。“我们着手将这项技术商业化,我们的技术与其他固态电池相比是独一无二的。在实验室中,我们已经在电池的使用寿命内实现了5000到10000次充电循环,而现在即使是同类产品中最好的电池也需要2000到3000次充电循环,而且我们认为扩大电池技术没有任何基本限制,这可能会改变游戏规则。”哈佛大学约翰 A. 保尔森工程与应用科学学院材料科学副教授Xin Li表示。目前,研究团队成立的初创公司 Adden Energy宣布已获得哈佛大学技术发展办公室授予的独家技术许可,用于推进该技术的商业化,其目标是将电池缩小为手掌大小的“软包电池”,其组件封装在铝涂层薄膜中。不过,Xin Li去年在接受媒体采访时表示,这项技术的商业化还需要数年时间,同时还面临着许多挑战。固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池,其具备更高的安全性和能量密度,被认为是下一代电动车动力电池的技术方向。现阶段,固态电池在技术指标上领先于三元锂电池。从当前产业布局来看,丰田、宝马、大众、现代等多家国际车企均在固态电池领域进行布局,并加大在固态电池领域的投资。此外,车企和电池制造商纷纷携手攻坚克难,丰田正与松下公司合作,大众则投资了美国电池初创企业QuantumScape,福特、宝马投资了Solid Power。Solid Power的全固态电池理论上可使续航距离最高达到锂电池的2倍,宝马计划于2025年之前开始对配备全固态电池的车辆进行路测,2030年之前上市。奔驰继与Hydro Quebec合作之后,现在还与Factorial Energy共同研发固态电池。不过,目前还未看到量产固态电池搭载在汽车上。早在2011年,丰田就表示将在2015年至2020年推出固态电池,其认为固态电池将完全弥补新能源汽车的续航里程难题,同时还能大力推动新能源汽车普及速度。然而,时至今日,固态电池依旧未能得以正式应用,丰田预计2025年才将实现大规模量产应用,LG新能源则预计2026年实现全固态电池量产。“对于全固态电池,目前仍存在一些技术难点。”高能时代CEO董思晓在接受第一财经记者采访时表示,一是电解质的批量化、低成本化、稳定化合成问题一直未能有效解决,二是固固界面问题导致的内阻大的问题未得到解决,三是相应的设备、工艺尚未定型。其中,固固界面的问题分为物理层面和化学层面,在物理层面,粉体颗粒在电池充放电循环中会发生体积变大或变小,由于不含有液体,因此颗粒与颗粒之间、层与层之间容易产生缝隙,带来接触不良,影响离子和电子的传输,电池内阻就会增加,在充放电过程中就会发生极化问题,导致倍率性能下降。在化学层面,如果硫化物电解质材料选型不好,硫化物电解质容易与正负极材料、导电剂、粘接剂材料发生化学反应,因此在电化学环境下,就会在界面上产生锂离子电导率比较低的反应产物,导致电池内阻增大,电池倍率性能降低。业内有一种说法是全固态电池的成本比当前的锂电池高4倍以上。伊维经济研究院研究部总经理、中国电池产业研究院院长吴辉认为,因为没有量产,所以没法去比较成本,但是现在这些半固态电池的成本都在1元/WH以上,而液态锂电池电芯的成本大约现在0.7~0.8元/WH(以三元为主)。全固态电池量产时间可能在2030年左右。中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高此前谈到,材料这种事,要厚积薄发,固态电池真正投入大规模商业应用大概的时间是在2025~2030年之间。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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全球首创锂金属电池自动化产线落地安徽

9月19日,在2022全国双创周“锂金属电池创新技术论坛”的活动现场,盟维科技位于合肥经开区的锂金属电池自动化制造线及z21创新实验室正式启用。这是中国乃至全球首创的自动化锂金属电池制造专用产线,也是以盟维科技为代表的,我国自主研发新一代动力电池技术企业在规模化量产的又一重大进展。成立于2018年的盟维科技,作为中国新一代高能量密度电池的创新代表,以电动航空实际应用需求为起点,从材料、工艺、结构等多维度持续创新,研发了以金属锂为负极的高能量密度电池,成为全球首个突破锂金属电池技术瓶颈,批量交付500 Wh/kg高能量密度、高安全性新体系动力电池的研发与制造硬科技企业。在活动现场,清华大学张跃钢教授发表了题为《高能量密度电池技术前沿》的主题演讲,介绍了高能量密度电池在全球视野下的发展创新趋势和技术创新特点。张教授表示,随着全球能源转型升级,“续航焦虑”问题不断推动行业技术边界,要求电池能量密度不断攀升。锂是自然界最轻质的金属元素,提升锂电池的能量密度,负极技术路线会经历从石墨到硅碳再到金属锂的发展趋势,锂金属电池可以说是高能量密度电池的终极目标。锂金属电池采用纯金属锂作为负极,具有超高的理论比容量和极低的电势,这使锂金属电池有望将电动汽车的续航里程提升一倍以上,是当前电池行业创新突破性技术的重要发展方向。他提到,金属锂的活性极强,作为电池负极在安全性上存在极高的技术挑战,这也是为什么在相当长的一段时间,全球在锂金属电池技术的研发都停留在实验室阶段(TRL3)。本次盟维科技锂金属电池自动化制造线的全面启用,说明我国在500 Wh/kg高端能量型动力电池产品的批量交付能力已居于全球领先位置,实现了锂金属电池从实验室阶段(TRL3)到产品批量交付阶段(TRL6-8)的突破。盟维科技联合创始人兼CEO周莉莎女士发表了题为《锂金属电池产业化现状及发展趋势》的主题演讲。她介绍到,随着电动航空实用化进程的逐步成熟,对动力电池的装载重量、安全性能等都会提出更高的要求。盟维科技从基础材料、电芯工艺、制造设备、结构设计四大关键环节对锂金属电池进行持续系统性创新研究,完成了锂负极保护、阻燃电解液、隔膜修饰等一系列关键技术的创新突破,有效抑制了负极锂枝晶的生长、大幅提高了金属锂负极的稳定性。针对不同应用场景的工况需求,盟维科技采用功能化电解液有效解决体系的关键安全问题,充分的验证其极限能量密度,设计开发了包括Metary®️E、P等能量型、功率型锂金属电池产品。今年6月,批量交付的Metary®️Exx 产品适用于新一代电动航空飞行器,为用户提供更持久、更强大的动力解决方案。未来,随着锂金属电池在航空应用中的逐步成熟,通航及新能源汽车电池技术指标的要求就会更加相似和同质化,锂金属电池对于新能源汽车产业的推动也非常值得期待。“从0到1”的原始创新是盟维科技自创立以来一直秉持的理念。周莉莎女士表示,要实现原始创新,除了专业人才的引进与培养,还需要完备的研发平台来支撑。本次与产线同步启动的z21创新实验室(z21-Lab)集研发与测试功能于一体,拥有电芯试制平台、测试分析平台,和安全测试平台,是具备材料制备、材料表征、器件测试三大功能的技术储备与开发创新实验室。周莉莎女士表示,得益于国家政策的支持和国内完善的新能源产业链配套,盟维科技得以如此迅速地完成从科研技术储备到产业化发展的转变。本次全球首创锂金属电池自动化制造线的全面投产和z21创新实验室的创立只是产业稳健发展的第一步。作为中国新一代动力电池的中坚力量,盟维科技将与生态链伙伴一起,推动产业升级和高质量发展,为新能源动力电池下游应用场景带来更多可能性。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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连续三个月增长,国内磷酸铁锂电池市占率再次超60%

在国内新能源汽车领域,磷酸铁锂电池延续对三元电池的碾压。9月9日,中国汽车动力电池产业创新联盟(下称动力电池联盟)发布数据称,今年8月,国内动力电池装车量27.8 GWh,同比增长121%,再创历史新高。其中,磷酸铁锂电池装车量17.2 GWh,占总装车量62%,市占率连续三个月环比正增长;三元电池装车量10.5 GWh,占总装车量38%。今年4月,国内磷酸铁锂电池的市占率达67%,创历史新高。5月市占率降至55.1%;6月开始升至57%;7月升至59.3%。磷酸铁锂和三元电池是国内动力电池两大主流技术路线。两者的主要区别在于使用的的正极材料不同。2018-2020年,国内磷酸铁锂电池的装车量均低于三元电池。2021年,磷酸铁锂电池实现逆袭,全年市场占有率达到51%,超过三元电池。相比三元电池,磷酸铁锂无需使用镍、钴等昂贵资源,在安全性和成本方面更有优势。借助宁德时代(300750.SZ)的CTP技术、比亚迪(002594.SZ)刀片电池等创新,磷酸铁锂电池续航能力相对较差的劣势被弥补,使得其逐渐获得了更多新能源车企的青睐。今年以来,磷酸铁锂电池的单月装车量均超过三元电池。今年前8个月,磷酸铁锂电池市占率超过59%,较三元电池高出18个百分点。动力电池联盟同期公布的8月国内动力电池企业装车量排名显示,宁德时代、比亚迪继续位列前两位。其中,宁德时代市占率接近47%,比亚迪则为22%左右,两者均较上个月略有下滑。中创新航在8月位列行业第三,市场份额为5.6%。今年前八个月,中创新航仅在6月跌出国内前三位。LG新能源在6月顶替了中创新航,排名第三位。排名第四至第七位的企业,分别为国轩高科(002074.SZ)、欣旺达(300207.SZ)、蜂巢能源和亿纬锂能(300014.SZ),它们的排名与上个月一致,市场份额均未超过5%。孚能科技(688567.SZ)、瑞浦兰钧和捷威动力位列第八至第十位。其中,捷威动力在8月顶替正立新能(原名塔菲尔新能源)上榜。

作者: 庄键 详情
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电池江湖的绝世花名

霸主宁王的一举一动,依然左右着电池产业的江湖风云。赶着中秋节前,宁德时代通过澎湃新闻,宣布第三代CTP——麒麟电池将在今年年底就实现量产出货,而不是此前一度宣布的2023年。首批量产电池将于明年第一季度装载于吉利汽车旗下的纯电豪华MPV极氪009系列上市。这款麒麟电池,是宁王当前最前端的拳头产品。据宁德时代介绍,其系统集成度为全球最高,体积利用率突破了72%,可将磷酸铁锂电池系统能量密度提升至160Wh/kg,而配用三元电池能量密度则可达255Wh/kg,支持5分钟快速热启动及10分钟快充。关键一句话,搭载麒麟电池的车型续航里程可超过1000km。除极氪009车型外,首批尝鲜1000公里麒麟的,还包括赛力斯汽车旗下的问界系列车型。此外,今年6月麒麟电池首发时,理想、哪吒、路特斯、睿蓝等车企的老总和官微,也都在第一时间公开示好,表达了“共赴山海”的态度。麒麟是上古神兽,古人认为它的出现有天降祥瑞的征兆。这当然是个意头十足的好名字,华为自主研发的芯片,就叫做麒麟芯片。不过,在电池圈,率先震撼业界,为拳头产品起上花名的公司,却是比亚迪。2020年3月,比亚迪发布新款电池产品——刀片电池,一改过往各大厂商以数字字母组合命名产品的传统,拉开了电池江湖花名竞赛的大幕。刀片电池,听上去冷峻锋利,古龙小说里有侠客身怀绝技,便叫做“迎风一刀斩”,刀法看似平平无奇,但疾如闪电见血封喉。比亚迪刀片电池可能没想过武侠之事,主要是它的长条形电芯在物理形态上长得像刀片,属于方形电芯的一类。刀片电池既提升了能量密度也延续了磷酸铁锂电池的安全优势,官方续航里程超过600公里,推出时曾一时风头无两。有长刀便有短刀。长城汽车孵化下的蜂巢能源,它便把拳头系列叫做短刀电池。据传原本蜂巢也打算叫刀片电池的,只是不曾想被比亚迪抢了先机。短刀电池,顾名思义,就是更短,还是侠客路线。在比亚迪刀片电池专利中,明确规定了刀片电池的尺寸范围在600mm-2500mm之间。而蜂巢短刀电池中最长的L600,其实际长度只有574mm,还不到600mm,精准规避了比亚迪刀片电池专利的打击范围。近日蜂巢能源董事长杨红新透露,第二代短刀电池将于今年量产,集度汽车、小鹏汽车、欧拉闪电猫、自游家汽车、光束汽车等品牌都将使用蜂巢的短刀电池。若果如是,这对之前九成销量依赖长城老东家的蜂巢来说,无疑是一次朋友圈开疆拓土的大攻略。蜂巢短刀电池从物理形态上着手的,还有广汽埃安的弹匣电池,它由中创新航提供。弹匣电池不走侠客风,属于街头西装暴徒或者狙击手格调的工业美学。所谓的弹匣电池其实就是因为这个电池技术采用了类似子弹匣的结构,将电池放入一个弹匣外壳中封装起来。广汽称其整个电芯隔热舱采用航天纳米技术,可承受1400℃高温。大概是苦宁王久矣,作为整机厂,广汽近来对以宁王为首的供应链炮火连天。广汽集团董事长曾庆洪今年七月公开抱怨:“动力电池成本占到新能源汽车40%-50%,甚至60%,我现在不是在给宁德时代打工吗?”于是不甘打工的广汽打算自建电池厂。8月下旬,广汽在一次董事会上通过了《关于设立绿擎电池公司的议案》。同意设立电池公司开展自主电池产业化建设,项目总投资109亿元,预计至2025年建成26.8GWh产线。这可能并不意味着广汽要完全自己生产电池,但至少是一种议价保底策略。回到花名。除了刀片、弹匣与短刀这些硬汉风,也有果冻电池这种粉红系名字。果冻和短刀同属蜂巢,它的由来是因为采用半固态电解质,形似果冻,具有高电导、自愈合、阻燃等特点。形象派的,还有江淮的蜂窝电池。它因采用蜂巢结构的仿生设计而得名——其实叫蜂巢更好,但奈何蜂巢能源本身就在那儿。蜂窝电池采用六边形结构,并在电芯之间注满导热胶,通过外延包覆的UE技术,对圆柱电芯实现单元化封装。有了形象派,自然有写意派的,像东风旗下的岚图汽车,相继推出琥珀和云母,上汽则鼓捣出了魔方电池。此话,还有神话派的,比如长城的大禹,哪吒的天工。其实自比亚迪刀片电池横空出世之后,除电池友商外,车企也争相跟进为自己的电池系统命名,这样的做法显然是让品牌营销更具亲和力。电池作为核心部件,可大多数的电动汽车消费者,有多少能搞清那些头晕脑胀的数字字母排列?此外,花名的诞生,很多时候也是为针对性解决某些特定痛点而来。像岚图汽车的琥珀和云母,便是从功能着手。所谓琥珀,是由树脂包裹一些小昆虫,经地下掩埋千万年的生物化石,瑰丽异常,称得上是绝世珍宝。琥珀电池便取其形意,它由三星提供电芯,在电芯的缝隙中均匀填充复合材料,复合材料由有机硅聚合物、低密度隔热材料、阻燃剂组成,将每个电芯包裹其中。而云母电池,由比亚迪旗下的弗迪提供电芯,在电芯与电芯之间,填充层状云母和气凝胶,在模组顶部也有云母片,本质也是防止热的扩散。强调安全功能的还有长城的大禹电池。大禹长什么样大家谁也说不准,但是大禹治水呀。大禹电池贯穿始终的便是变堵为疏,其思路是在电芯发生热失控后,将产生的高温高压气体排出电池包。通过电芯层面的热阻隔,模组层面增加定向排爆出口,以及电池包内部设计换流和灭火通道,最大程度保障电池系统安全。哪吒的天工电池,名字上很好理解。哪吒汽车总裁助理张洪雷介绍过天工电池这个名字的由来:它取自“物自天生,工开于人”,哪吒汽车希望借天工将构思表现在电池上,以此守护电池安全标准。而上汽的魔方电池,除了安全功能之外,魔方的含义是还能让空间重新配置。不同于传统电池包立式电芯,这款电池包最大的特点是电芯是躺着放的。它最明显的好处是,电池包竖向高度明显下降,可以为乘客释放出更多的车内空间。其实,归根结底,市场考量一款电池的优劣,电池最终还是要回到安全、续航、成本与全周期寿命等关键要素上去。根据国家应急管理部消防救援局给出的数据显示,2022年第一季度,国内接报的新能源汽车火灾共计有640起,平均下来相当于每天有七辆。作为新事物,这依然是劝阻消费者的重要原因。而且,在另一个赛道,这些电芯,已有不少进入储能市场,一旦起火,将导致项目的长时间延宕与关停,这也不得不让业主的选择更为谨慎。一般而言,在实际使用中,官方续航里程和全周期寿命往往至少要打个八折。而成本短时间内又难以打下来,这是行业共同面临的问题。像本文开头提到的采用麒麟电池的极氪汽车,由于电芯正极高镍配方材料,以及电池包结构中大量水冷板的使用,据传至少要卖40万以上,这对它们的市场推广,无疑难度极大。广汽董事长曾庆洪抱怨车企是给宁德时代打工,但就这一年来说,电池厂商又何尝不是给更上游的锂矿巨头做嫁衣呢?根据刚刚过去的各大公司半年报,锂矿巨头天齐锂业2022年上半年,其营收为142.96亿元,同比增长508.05%;净利润为103.28亿元,同比增长119倍。宁德时代营收是天齐锂业的八倍,达到1129.71亿元,净利润却比天齐锂业还要少20多亿,只有81.68亿元。在电池这样一个长坡厚雪的赛道中,真正的技术突破可能会让现有的市场格局瞬间乾坤位移。花名也好,打工也罢,一切也才刚刚开始。

作者: 苗藩 详情
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雄韬股份拟2.52亿剥离亏损资产 4年半投2.98亿研发布局新能源

老牌铅酸电池企业雄韬股份进一步聚焦主业,剥离亏损资产。9月12日,雄韬股份(002733.SZ)发布公告称,拟将持有的江山宝源国际融资租赁有限公司(简称“江山宝源”)62.4%股权以2.52亿元转让予湖南璀耀医疗器械贸易有限公司。本次股权转让完成后,公司不再持有江山宝源的股权。雄韬股份表示,本次交易有利于公司进一步优化资产和业务结构,优化资源配置,推进重点业务板块发展,提升经营质量。雄韬股份与江山宝源渊源由来已久,2019年3月,雄韬股份斥资1.05亿元从另一股东手中拿下江山宝源17.4%股权。彼时,雄韬股份还收到深交所问询函,询问该项交易的合理性等问题。对此,雄韬股份表示,公司主要从事化学电源、新能源储能、燃料电池的研发、生产与销售业务,江山宝源主要从事融资租赁业务、租赁业务、售后回租、向国内外购买租赁资产、租赁资产的残值处理及维修、租赁交易咨询和担保及兼营与主营业务有关的商业保理业务。江山宝源业务能够对公司储能、燃料电池等业务的开展提供多元化的资金支持,有利于协同公司主营业务的发展。在2018年底,江山宝源净资产为6.03亿元。公告显示,江山宝源截至去年底净资产为4.13亿元。而至今年年中,其净资产进一步缩水至4.09亿元。2021年,江山宝源亏损1.51亿元,今年上半年也录得亏损327万元。近年来,雄韬股份持续聚焦主业,着力提升发展能力,优化整体业务发展布局,业绩稳定增长。今年上半年,得益于锂电池业务和氢能业务订单饱满产能增加,雄韬股份业绩亮眼,实现营业收入约17.02亿元,同比增加17.11%;归属于上市公司股东净利润约7485万元,同比增加196.19%;扣除非经常损益净利润约3329万元,同比增长410.83%。分业务来看,公司蓄电池及材料实现营业收入10.99亿元,占总营收64.58%,同比增长6.43%;锂电池实现营收5.56亿元,占总营收32.68%,同比增长43.89%。目前,锂电池业务已成为雄韬股利润增长点,公司也将燃料电池列为最重要的战略发展目标。截至今年6月底,雄韬股份的氢能源订单达到393辆。雄韬股份董事长张华农表示,氢燃料电池已进入重大发展期,广泛的应用场景将充分推动氢燃料电池的发展及应用,雄韬股份已投资燃料电池产业链诸多领域,包括催化剂、膜电极、电堆、加氢站等。持续布局的同时,雄韬股份研发费用逐年递增,今年上半年,公司研发投入达5056.74万元,同比增长17.71%。2018年至2022上半年,公司4年半累计研发投入已达到2.98亿元。

作者: 记者 江楚雅 详情
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人民日报:锂电池热销折射发展新动能

前不久,工信部发布数据,今年上半年,我国锂离子电池产业主要指标实现高速增长,产量超过280吉瓦时,同比增长150%,全行业收入突破4800亿元。立足产业,去年全国锂离子电池产量达到324吉瓦时,同比增长106%,今年上半年数据是在高基数基础上的高增长;放眼全球,目前中国锂电池产能已占全球总产能的一半以上,彰显了我国锂电池产业领先优势。由点及线,作为新能源汽车的产业链上游环节,锂电池产业保持较好发展势头,充分体现了市场对新能源汽车的旺盛需求。绘出锂电池和新能源汽车产量增速图,不难发现,二者几乎保持了同步增长。上半年,新能源汽车产销分别完成266.1万辆和260万辆,同比均增长1.2倍,产销规模再创新高。汽车产业产业链长、覆盖面广、带动性强,是国民经济重要支柱产业。锂电池产业的稳定增长,使得汽车产业能够更有力支持中国制造由大到强。往长远看,随着锂离子电池在储能电站、5G基站等领域快速渗透,锂电储能产业将迎来爆发式增长。预计到2025年,我国锂电储能累计新增装机规模将达到50吉瓦,市场空间约2000亿元。发挥科技的渗透性、扩散性作用,能为高质量发展提供更多的源头供给、科技支撑和新的成长空间。从线到面,锂电池、新能源汽车、储能等新兴产业快速成长,不仅在经济运行中展现出较强的发展韧性,也成为产业结构转型、助力制造业高质量发展的重要引擎。今年以来,尽管外部环境复杂严峻,但我国经济创新引领持续增强、升级发展的态势没有改变。上半年,规模以上高技术制造业增加值同比增长9.6%,高技术产业投资增长20.2%;二季度,锂离子电池、电子元器件、集成电路等小类行业增加值增速均在20%以上。新动能较快成长,引领作用持续显现,为缓解经济下行压力、促进就业市场稳定、推动经济平稳健康发展提供了重要支撑。持续激发新兴产业活力,应当继续保持战略定力,努力在技术创新上取得更多突破。今年上半年,尽管受到疫情、部分原材料价格上涨等因素影响,但得益于技术创新带来的电池成本下降、性能提升,动力电池产品供给质量更高,产业竞争力也更强,有力推动新能源汽车产业实现平稳快速发展。抓创新就是抓发展,谋创新就是谋未来。持续完善支持新兴产业发展的相关配套,强化服务保障,必将有助于企业集中精力提高科技创新能力,培育更多发展新动力。我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期,迫切需要重大创新添薪续力。如今,我国日新增市场主体数量的纪录不断被刷新,具有国际竞争力的创新型领军企业正加速涌现。强化基础研究,完善应用开发和技术创新一体化布局,进一步强化企业创新主体地位,才能塑造更多依靠创新驱动、更多发挥先发优势的引领型发展。随着相关研究的深入推进,已经被广泛应用的锂电池,将迎来更加广阔的发展前景。抢抓新一轮科技革命和产业变革新机遇,顺应消费提质升级趋势,为更多战略性新兴产业成长壮大提供良好发展环境,我们一定能不断提升产业链供应链现代化水平,打造未来发展新优势、书写高质量发展新篇章。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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瑞达集团瑞启年产400万千伏安时OPzV固态铅碳电池项目盛大开工!

2022年7月27日上午8点18分,瑞达集团瑞启年产400万千伏安时OPzV固态铅碳电池项目在湖南衡阳松木经开区盛大开工!随着云计算、大数据、物联网等高新技术的迅猛发展,“碳达峰、碳中和”成为国家战略目标,储能市场的未来前景广阔。为抢抓这一市场机遇,2022年6月,瑞达集团投资8亿元,在衡阳松木经开区建设瑞启新能源OPzV固态铅碳电池产业园,并于7月27日正式开工动土。该项目预计2023年初建成投产,达产后预计可实现年产值40亿元,实现年税收2亿元。该项目的开工建设,标志着瑞达集团在衡阳投资发展规划得进一步落实落地,也是助推瑞达集团在衡的高速发展,实现产业集群和原地倍增的重要体现。瑞启新能源OPzV固态铅碳电池产业园在双碳战略下储能电源市场将会迎来上万亿的风口,瑞达集团依托技术、产品和产业链优势,正在加快新型储能产业的布局和发展。瑞达集团计划5年内对储能专用OPzV固态铅碳电池投资200亿,全力打造双碳战略下OPzV固态铅碳电池头部企业,力争在十年内把衡阳瑞达打造成千亿储能电池生产基地,千亿储能电站集成基地,打造世界级的“双千亿安全新型储能之都”。瑞启新能源OPzV固态铅碳电池产业园的开工建设,正是瑞达集团储能战略布局稳步推进的重要一环。项目亮点:OPzV固态铅碳电池OPzV 纳米硅固态铅碳电池是瑞达于 2006 年成功设计开发的新型储能用环保硅铅固态电池;是国内首家成功开发并量产应用的硅铅固态电池。OPzV采用纳米级气相二氧化硅作为电解质,是百分百固态结构,没有液体不存在泄露,有效解决了电池热失控起火的安全问题;其正负极材料、隔板、电解质等材料均是防火防爆级别,不起火不爆炸,不会有安全隐患;旧电池可以回收再生利用,绿色环保,不会造成二次污染。相比传统铅酸电池、胶体电池、锂电池及其他化学能电池,硅铅固态电池有安全性高、寿命长、经济性好、资源循环利用等明显优势,解决了电化学储能电池的起火爆炸行业痛点。OPzV纳米硅固态铅碳电池应用场景广泛,特别是适用于中大型储能。广泛应用于工商业储能、发电侧储能、电网侧储能、数据中心(IDC储能)、核电站、机场、地铁等高安全要求的领域。OPzV固态铅碳电池储能优势安全维度材料安全:组成电池的正负极、隔板、电解质等材料是防火防爆级,在明火状态下,不起火不爆炸;系统由EMS智控管理:保证电池温升不超过40℃,不会热失控。环保维度材料环保,采用气相纳米二氧化硅电解质,无游离液体,与外界完全隔绝,对环境友好;制造过程,废水废气废渣等做到0排放。经济性维度度电成本低,寿命长;充放电效率94%以上;制造成本还有降低空间。资源维度铅矿资源丰富,提炼方便,价格低廉;退役电池可达到100%循环再生。(Li储量少,且属于消耗性资源;Co属于稀有金属。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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老树新花:纯铅、水平电池引领我国铅酸电池行业新动力

近年来,全球化学电池市场中,锂离子电池异军突起,化学电池的元老——铅酸电池的地位似乎岌岌可危。然而,相对于锂离子电池,铅酸电池仍然具有成本低、技术成熟、稳定可靠、安全性高、资源再利用性好等比较优势。7月8日,在上海有色网(SMM)和天能控股集团有限公司共同举办的第十七届国际铅锌峰会暨国际铅锌技术创新大会——铅行业市场与技术论坛上,与会的业内专家进一步介绍,最近一些年,我国铅酸电池行业多项新技术涌现,纯铅电池和水平电池等新型铅酸电池的制造工艺也不断成熟,应用领域继续扩大。看似已步入垂垂暮年的铅酸电池,实际仍然喷涌着勃勃生命力。铅酸电池新技术助力“碳中和”作为工业化最早的电池,铅酸电池自1859年发明至今已经有160多年的历史。铅酸电池的电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液。其在化学电池市场中份额最大、使用范围最广,特别是在起动和大型储能等应用领域,仍具有不可替代的地位。据天能控股集团中央研究院副院长郭志刚在论坛中介绍,目前,全球范围内来看,锂离子电池依托能量密度的先天优势,处于快速增长期;铅酸电池则处于高位平台期;而下一代电池技术如钠离子电池尚处于开发阶段。在此背景下,国内铅酸电池产量近两年来小幅下降,产量保持在200GWh/年,全球产量维持在400GWh/年。预计到2025年,全球锂离子电池的产能将是铅酸电池的3—4倍。不过,锂离子电池普遍存在着锂/钴/镍等原料成本高,锂电全周期的碳排放较高,安全性不稳定等缺陷。相较而言,铅酸电池在成本、稳定性、安全性、再生利用等方面存在优势。尽管如此,在锂离子电池迅猛的追赶势头下,铅酸电池确实面临着“不进则亡”的生存危机。在论坛中,郭志刚重点介绍了目前国内铅酸电池行业中新型的正极铅膏技术和真空化成技术。传统的铅酸电池正极铅膏(铅膏是铅酸蓄电池活性物质的母体)制作流程长,能耗高,正极和膏现场污染程度大,添加剂采用机械混合,成本也相对高昂。而新的“一步法正极配方复合技术”则是用特种铅制作粉,形成有用成分均匀分布的复合铅粉,和膏时只需加入水纤维和硫酸。“相对于常规的典型正极铅膏工艺,一步法的一致性更好,成本能够降低1000元/吨。”郭志刚介绍说。其次是真空化成技术。据了解,通常而言,电池在生产完成后,必须先进行化成和测试,然后才能安装到系统中。电池化成过程采用专门的电池化成设备对电池进行充电和放电,需要高精度电压和电流,以确保电池实现规定的使用寿命。只有在顺利通过测试之后,电池才可以进入市场。目前,电池化成是电池生产过程中的主要瓶颈之一。为了激活刚刚装配好的电池单元或电池组中的材料,需要花费长达20小时的时间进行充电放电循环。但这个过程必不可缺,因为它极大地影响着电池的使用寿命、质量和成本。据郭志刚介绍,采用常规的化成技术,电池化成时间长,耗用的电量多,集群内部温度均一性较差,温度不易控制。而真空化成技术的化成时间短——通常小于半天,化成电量少,极群内部温度均一性好,温度易控。通过这一技术,可以达到降本增效,节能减排的目的,并且提高电池化成效率,改善化成极板的均一性,提高电池寿命。此外,铅酸电池出现的新技术还包括了在正极板栅中使用冲网板栅;正极采用高密度铅膏、提高活性物质与板栅界面贴合性,在正极配方中优化添加剂(加入锡锑铋铅丹/低氧化度铅丹);在电池隔板中优化粗细纤维比例,从而提高回弹性等。纯铅电池技术进一步成熟纯铅电池最早由美国艾诺斯电池集团下属的Gates公司于1973年研发成功。通过近50年的不断研发、改进,纯铅电池的制造技术也得到了长足发展。从电池的电化学性能、结构设计、电池材料(包括外壳材料)、制造工艺及控制等方面来看,纯铅电池都体现了铅酸电池的极高水平。所谓纯铅电池,是指电池的正负极板栅(板栅是电极的集电骨架,起传导、汇集电流并使电流分布均匀的作用,是活性物质的载体)和活性物质均采用高纯度铅(99.999%),电池通过连续铸带、连续冲网等特殊工艺制造而成。在此次论坛中,据理士国际技术有限公司技术总裁陈军介绍,传统铅酸电池的正负极板栅以铅为主要原料,但在铸造时都要加入其它金属 ,如铅钙合金 、铅钙锡合金、低锑合金等,形成合金板栅。但合金金属的加入,导致电池极板在使用过程中腐蚀加快,电池的自放电大,使用过程中失水较快,电池内阻较大,这是传统铅酸电池固有的缺陷。虽然各蓄电池厂家对铅酸电池进行技术更新,设计改造,但传统铅酸电池依然存在高温下环境下的使用寿命较短、浮充使用和循环使用难以同时兼顾、充电时间较长等问题。例如,新疆金风科技有限公司某内部人员此前在一份报告中指出,我国的风力发电机组变桨系统的备用电源多采用普通铅酸蓄电池。在环境温度在40—50度时,铅酸蓄电池的浮充寿命只有不足1年的时间,而目前我国大部分的风力发电机组都在“三北“地区,夏季高温炎热,机舱平均运行在40度左右,极大降低了铅酸蓄电池的浮充寿命。据陈军介绍,相较于普通铅酸电池,纯铅电池拥有四大优势,首先,纯铅电池的适用温度范围广(-40℃至+80℃),特别适应于极恶劣的环境;其次,由于纯铅电池的极板超薄(约1mm,传统电池极板厚度约为3mm),在同一尺寸壳体内,可以装入更多的极板,大大增加了电池内部的反应面积,从而提高了电池的化学反应效率,并且降低了电池内阻,具有更高的能量密度。再次,纯铅电池具有快速充电接受能力,充电3小时电池容量达到90%以上(一般GEL胶体电池需要8-10小时);最后,由于纯铅电池采用超薄多极板设计,在短时间放电能力上(如城市轨道交通行业30分钟至2小时放电需求),比传统铅酸电池的放电能力提高40%左右。此外,纯铅电池纯铅板栅的腐蚀速率,仅为常规重力浇铸铅钙合金板栅的约1/6,耐腐蚀性能更好。同时由于电池内部杂质少,失水率低,自放电小,每月自放电率小于2%,因此,电池有较长的储藏寿命,无需再充电时间可达两年。不过,业内人士向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者指出,由于纯铅电池的正负极板非常“柔软”,强度不够,给极板制造带来了很大的困难,另外极板的叠加和装配也很难实施。因此早期的纯铅电池采用了卷绕式结构设计,容量最大只有100AH。随着智能制造技术的快速发展,纯铅电池的极板制造和装配技术已得到有效解决,电池的单体容量已达到600AH。据了解,纯铅电池的优良特性,使其逐步受到国内通讯行业和城市轨道交通行业的关注,部分城市已开始推广使用。水平电池实现传统电池结构突破相较于普通铅酸电池乃至纯铅电池,水平电池采用了更新型的材料,在电池结构上也实现了颠覆性的突破。易德维能源科技有限公司总经理张正东向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者介绍说,1980年,美国军方为水平电池研究立项,开启了铅酸电池革命的序幕。上世纪90年代末,美国Electro Source公司在全球率先研发出了水平电池的商业技术。一方面,水平电池使用了新材料。以易德维公司的水平电池为例,其采用了复合纯铅板栅,板栅内部核心是航天级高强度玻璃纤维,由多极耳浇铸而成,抗拉强度可达100546 Kgf/cm2,纤维外层包覆纯铅层(铅中仅掺入约10%的锡,以增强材料的强度),在2000MPa冷挤压成型。而后,这些复合铅丝编织成为板栅结构,涂抹活性物质成为电池极板。这种编织结构使得活性物质接触面积大,电流密度100%均匀。据易德维能源科技公司内部估测,这种新型复合纯铅板栅的耐腐蚀性是普通重力浇铸板栅的9倍。不仅如此,跟普通的电池通过极耳、汇流排和跨桥连接不同,水平电池基于双极性极板技术,采用特殊极板堆叠方式,实现电池内部的立体串并联,极大缩短了电流的导电路径,从而大幅降低了电池内阻。较普通电池,水平电池内阻降低了70%左右。同时,电池的正负极活性物质同时涂敷在一块极板上,更利于大电流的快速充放电。此外,与传统铅酸电池和纯铅电池的垂直极板放置不同,水平电池采用极板水平放置,能有效地避免活性物质脱落和电解液分层,促进氧复合,有效提升电池的充电效率和循环寿命。基于这些突破性的设计,水平电池具有诸多优越性能。据张正东介绍,快充是其一大优势。相较于普通铅酸电池,水平电池具有极速快充能力,3C电流(即放电电流是电池标称容量的3倍)下只需75分钟就能充满,充电20分钟电池容量能达80%以上。低温环境下水平电池的表现性能也很好。在-50℃的环境中电池能够一键起动,-40℃时电池的放电容量还可达40%以上,超低温放电能力是普通产品的2倍。这一方面是由于电池的电阻低,另一方面是由于水平电池采用贫液设计,即电解液呈固态状吸附于隔板,不具有流动性,相较而言,普通电池的液态电解液更容易冻住。特别地,水平电池还具有耐破坏、抗振动的优点。由于水平电池的电解液呈固态状,外壳即使破损也无液体泄露,而在内部单体间,数百根铅丝构成了立体串联并联网络,任何破坏均不能将其连接完全损坏。基于这样的优异性能,水平电池可适用于重卡,船舶,改装车,游艇,观光车,军用车辆,特种车辆,工业机器人等领域,“未来在储能领域,凭借其稳定、安全性,水平电池也能发挥重要作用。”张正东说。目前,易维德公司的水平电池产品在国内外都有成功使用的案例。据张正东介绍,2020年9月,公司的水平电池已使用在挪威位于北极圈内的一座灯塔上。这座灯塔长期处于零下20度的高寒环境中,传统铅酸电池每周都需要直升机更换,而锂电池也不能满足其要求,易维德公司的水平电池在灯塔上安装后已经连续使用一年半,电池状态良好。而在浙江省安吉县的山区,水平电池也一显身手。安吉地区坡多路陡,当地环卫车原本使用的是水电池,需要经常加水维护,成本高且麻烦,还存在酸液溢出、腐蚀车架的问题,电池通常在使用至8个月后,环卫车就会出现爬坡无力,甚至遛坡的现象,充电时间也长。2020年10月,当地环卫车换上了水平电池,电池动力强劲,车辆爬坡压力缓解,电池能快速充电,从而节省了成本,提高了工作效率。不过,张正东向澎湃新闻记者(www.thepaper.cn)坦言,“水平电池仍然属于全新的产品,仍然处于研发改进的过程,产品还需要得到进一步的检验,并没有实现完全的量产。”目前,易维德公司的水平电池每天产量约为300只,产品类别包括了超级重卡电池,超级起动电池,船舶专用电池,高性能军用车辆专用电池等。而据了解,在国内,除了易德维能源科技有限公司外,传统铅酸电池的生产厂商如天能集团,超威集团也在进行水平电池的研发,但产品均未进入量产阶段。

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1.4万余吨废旧铅蓄电池的威力有多大?

在一年多的时间里,沈某等人共非法处置1.4万余吨废旧铅蓄电池,造成盐河水质严重污染。从2017年获悉案件线索,到2021年斩断犯罪链条,江苏省淮安市清江浦区检察院生态检察办案团队历时三年半,将一起刑事附带民事公益诉讼案办成了部门上下联动的精品案。当下,电动车已经成为人们出行的重要代步工具,它使用的是平均寿命约为两年的铅蓄电池,两年后,很少会有人留意这些废旧电池去了哪里,但在“有心人”眼中,这些“废品”却是价值惊人的宝贝。从2017年获悉案件线索,到2021年斩断犯罪链条,江苏省淮安市清江浦区检察院生态检察办案团队历时三年半,将一起刑事附带民事公益诉讼案办成了部门上下联动的精品案,引发社会各界广泛关注。七旬老人主动“自首”2017年夏,住在淮安盐河边的不少村民反映,空气中总有刺鼻的酸臭味,水面上还经常出现来历不明的黑色物体,盐河的水质被严重污染。了解到这一情况后,淮安市清江浦区检察院作为淮安市环境资源类案件集中管辖院,立即派出生态检察办案团队,提前介入案件,与公安机关一同调查核实污染源。最终,在一个隐蔽于偏远乡下的破旧工厂里,查获了一个紧邻盐河的无证拆解废旧铅蓄电池的小作坊,厂房有两个篮球场那么大,里面堆满了大大小小的电池和被拆解下来的零部件,地面流淌着黑褐色的酸臭液体。正当公安机关和检察机关准备调查幕后黑手时,一名姓曹的七旬老人主动前来投案。这不禁令人疑惑:“70多岁的外地老人,为什么不在家颐养天年,而要大老远跑到这里干违法的事?”职业敏感引起了办案团队的警觉,这里面可能另有隐情。办案团队通过引导公安机关侦查发现,老曹是来顶包的,真正的幕后黑手是沈某、侯某以及老曹的儿子曹某。原来,曾靠倒卖废旧铅蓄电池发家的沈某,无意间向侯某吐槽倒卖电池的生意越来越难做,侯某便给沈某支招——“如果把电池里面的铅炼出来,一吨能卖到一两万元,要比倒卖电池赚得多!”考察了侯某在山东投资的厂子后,沈某、侯某、曹某三人一拍即合,在淮安市淮阴区合伙干起了废旧铅蓄电池回收、拆解、冶炼、售卖的勾当。其中,沈某负责废旧铅蓄电池的收购以及各生产现场的管理,侯某负责联系从山东运送铅锭炼制炉,提供部分生产原料,曹某负责对外销售成品铅锭。很快,沈某等人就找来会计、现场负责人、工人、驾驶员等20余人,分别从事记账、称重、拆解、运输等工作。落网主犯拒不交代检察官经实地走访了解到,小作坊的工人都是从外地过来挣“快钱”的,流动频繁。在没有防护的环境中工作,不到一个星期,他们体内的血铅含量就能达到铅中毒标准的3倍。而在现场,电池拆解、冶炼过程中产生的液体被随意倾倒在地上,隔着老远就能闻到酸臭味,被腐蚀的土地寸草不生,旁边不到100米就是水源地。2017年11月,沈某等14人被检察机关批准逮捕。要想依法打击犯罪,当务之急是查清楚沈某等人到底处置了多少废旧铅蓄电池。然而,在检察官依法对沈某进行讯问时,沈某却拒不交代犯罪事实。主要犯罪嫌疑人拒绝交代、废旧铅蓄电池来源不明、炼出的铅锭又不知去向……正面出击受到阻碍,办案团队决定从侧面分头突破,一方面引导公安机关对犯罪嫌疑人的住所、手机、电脑等展开排查;另一方面以小作坊为切入点,反复勘查现场、走访调查。由于沈某先后在多个乡镇设置了7个隐蔽窝点,案件调查难度大。检察官们走访现场近20次,引导公安机关补充收集证据近千页,最终从仓库保管员的记账本、合伙人侯某家中搜查出的资产负债表以及几名会计的微信聊天记录中,找到了与电池重量有关的关键证据。经过办案团队分工配合,将不同账目录入表格,交叉比对时间有无重合,剔除重复数据,最终查明,在一年多的时间里,沈某等人共非法处置1.4万余吨废旧铅蓄电池,对外输送出价值近亿元的铅锭。经评估,涉案几个区域生态环境的修复费用近2000万元。2019年9月,清江浦区检察院对沈某等14人以涉嫌污染环境罪提起刑事附带民事公益诉讼。沈某等14人被法院分别判处六年至一年六个月不等有期徒刑,连带赔偿生态修复费用等1800万余元。“沈某等人污染环境案件是近年来淮安市检察机关在依法履职,深入打好污染防治攻坚战,保护绿水青山方面的一个成功典范。”观摩案件庭审后,全国人大代表、江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司轧钢厂三轧车间主任杨庚豹这样评价。斩断遍布多省市的犯罪链条“沈某的拆解、冶炼团伙只是利益链条中的一环,其上游有电池供货商,下游有铅锭铅灰收购者、工人、会计、仓库管理员等。”办案团队负责人、该院副检察长张超运介绍。对此,办案团队推动公安机关继续倒查,随着关联案件越挖越深,案件事实也愈发令人触目惊心,这个犯罪链条的“足迹”竟然遍布了全国10多个省市。办案中,办案团队成员按照废旧铅蓄电池的来源、非法处置过程、铅锭铅灰和拆解物去向三条脉络,分别梳理各行为人的犯意、联络和分工。经多次公检法会商和检察官联席会议,统一司法办案尺度,准确认定行为性质。对明知他人用于废旧铅蓄电池拆解冶炼的电池回收、拆解物处置等人以污染环境罪提起公诉,对铅锭铅灰收购者则以掩饰、隐瞒犯罪所得罪追究刑事责任。2021年3月29日,涉案的最后一名被告人被判处刑罚。至此,历经三年半,这条非法回收、拆解、冶炼、销售犯罪链条上的68名不法分子,全部得到了法律严惩。至于小作坊里的那些工人,他们既是违法者,同时也是受害者。经过考虑,检察机关仅对有管理职责的少数人提起公诉,对那些没有实际参与投资、管理、分成的大多数人,在进行集中普法训诫后,不再追究刑事责任。此外,办案团队还撰写了案件专项报告,得到淮安市委的高度重视,并先后联合环保、交通、公安等九部门对870家废旧铅蓄电池相关企业开展集中整治,净化了行业风气。“现在难闻的气味没有了,河水也干净了,有时候还能看到鱼咧!”再次来到盐河边,村民这样告诉检察官。

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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。

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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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“三明治式”固态锂电池三分钟充满电,商业化还要多久?

固态电池技术迎来了突破。近日,美国哈佛大学研究团队开发了一种新的固态电池,该电池能够循环10000次,有望实现3分钟内完全充电,并且可持续使用20年。这款固态电池使用的是纯金属形式的锂,使用固体电极和固体电解质,而不是锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质。在实验室中,电池原型能够成功完成 5000至10000次充电循环。哈佛大学研究团队对于固态锂金属电池的研究可追溯至去年5月,但彼时的技术停留在“10~20分钟内完全充电,10~15年的电池使用寿命”层面上。这款电池的设计灵感来自于英式经典三明治。如果将电池想象成三明治,首先一层是面包(锂金属阳极),然后是生菜(石墨涂层),接下来是一层西红柿(第一种电解质)和一层培根(第二种电解质),最后是另一层西红柿和最后一块面包(阴极)。研究团队认为,通常其他固态设计中的锂金属阳极会发展出树突状的生长,可以逐渐通过电解质渗透到阴极,进而导致锂离子电池短路。也就是说,锂离子电池在使用过程中产生的树突或枝晶是电池着火的根本原因。而三明治的多层结构可防止枝晶结构生成,在这种设计中,树突在“生菜”和“番茄”中生长,但在“培根”处停止。“培根”屏障阻止枝晶穿过使电池短路,从而防止了故障产生。“我们着手将这项技术商业化,我们的技术与其他固态电池相比是独一无二的。在实验室中,我们已经在电池的使用寿命内实现了5000到10000次充电循环,而现在即使是同类产品中最好的电池也需要2000到3000次充电循环,而且我们认为扩大电池技术没有任何基本限制,这可能会改变游戏规则。”哈佛大学约翰 A. 保尔森工程与应用科学学院材料科学副教授Xin Li表示。目前,研究团队成立的初创公司 Adden Energy宣布已获得哈佛大学技术发展办公室授予的独家技术许可,用于推进该技术的商业化,其目标是将电池缩小为手掌大小的“软包电池”,其组件封装在铝涂层薄膜中。不过,Xin Li去年在接受媒体采访时表示,这项技术的商业化还需要数年时间,同时还面临着许多挑战。固态电池是指采用固态电解质的锂离子电池,其具备更高的安全性和能量密度,被认为是下一代电动车动力电池的技术方向。现阶段,固态电池在技术指标上领先于三元锂电池。从当前产业布局来看,丰田、宝马、大众、现代等多家国际车企均在固态电池领域进行布局,并加大在固态电池领域的投资。此外,车企和电池制造商纷纷携手攻坚克难,丰田正与松下公司合作,大众则投资了美国电池初创企业QuantumScape,福特、宝马投资了Solid Power。Solid Power的全固态电池理论上可使续航距离最高达到锂电池的2倍,宝马计划于2025年之前开始对配备全固态电池的车辆进行路测,2030年之前上市。奔驰继与Hydro Quebec合作之后,现在还与Factorial Energy共同研发固态电池。不过,目前还未看到量产固态电池搭载在汽车上。早在2011年,丰田就表示将在2015年至2020年推出固态电池,其认为固态电池将完全弥补新能源汽车的续航里程难题,同时还能大力推动新能源汽车普及速度。然而,时至今日,固态电池依旧未能得以正式应用,丰田预计2025年才将实现大规模量产应用,LG新能源则预计2026年实现全固态电池量产。“对于全固态电池,目前仍存在一些技术难点。”高能时代CEO董思晓在接受第一财经记者采访时表示,一是电解质的批量化、低成本化、稳定化合成问题一直未能有效解决,二是固固界面问题导致的内阻大的问题未得到解决,三是相应的设备、工艺尚未定型。其中,固固界面的问题分为物理层面和化学层面,在物理层面,粉体颗粒在电池充放电循环中会发生体积变大或变小,由于不含有液体,因此颗粒与颗粒之间、层与层之间容易产生缝隙,带来接触不良,影响离子和电子的传输,电池内阻就会增加,在充放电过程中就会发生极化问题,导致倍率性能下降。在化学层面,如果硫化物电解质材料选型不好,硫化物电解质容易与正负极材料、导电剂、粘接剂材料发生化学反应,因此在电化学环境下,就会在界面上产生锂离子电导率比较低的反应产物,导致电池内阻增大,电池倍率性能降低。业内有一种说法是全固态电池的成本比当前的锂电池高4倍以上。伊维经济研究院研究部总经理、中国电池产业研究院院长吴辉认为,因为没有量产,所以没法去比较成本,但是现在这些半固态电池的成本都在1元/WH以上,而液态锂电池电芯的成本大约现在0.7~0.8元/WH(以三元为主)。全固态电池量产时间可能在2030年左右。中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高此前谈到,材料这种事,要厚积薄发,固态电池真正投入大规模商业应用大概的时间是在2025~2030年之间。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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全球首创锂金属电池自动化产线落地安徽

9月19日,在2022全国双创周“锂金属电池创新技术论坛”的活动现场,盟维科技位于合肥经开区的锂金属电池自动化制造线及z21创新实验室正式启用。这是中国乃至全球首创的自动化锂金属电池制造专用产线,也是以盟维科技为代表的,我国自主研发新一代动力电池技术企业在规模化量产的又一重大进展。成立于2018年的盟维科技,作为中国新一代高能量密度电池的创新代表,以电动航空实际应用需求为起点,从材料、工艺、结构等多维度持续创新,研发了以金属锂为负极的高能量密度电池,成为全球首个突破锂金属电池技术瓶颈,批量交付500 Wh/kg高能量密度、高安全性新体系动力电池的研发与制造硬科技企业。在活动现场,清华大学张跃钢教授发表了题为《高能量密度电池技术前沿》的主题演讲,介绍了高能量密度电池在全球视野下的发展创新趋势和技术创新特点。张教授表示,随着全球能源转型升级,“续航焦虑”问题不断推动行业技术边界,要求电池能量密度不断攀升。锂是自然界最轻质的金属元素,提升锂电池的能量密度,负极技术路线会经历从石墨到硅碳再到金属锂的发展趋势,锂金属电池可以说是高能量密度电池的终极目标。锂金属电池采用纯金属锂作为负极,具有超高的理论比容量和极低的电势,这使锂金属电池有望将电动汽车的续航里程提升一倍以上,是当前电池行业创新突破性技术的重要发展方向。他提到,金属锂的活性极强,作为电池负极在安全性上存在极高的技术挑战,这也是为什么在相当长的一段时间,全球在锂金属电池技术的研发都停留在实验室阶段(TRL3)。本次盟维科技锂金属电池自动化制造线的全面启用,说明我国在500 Wh/kg高端能量型动力电池产品的批量交付能力已居于全球领先位置,实现了锂金属电池从实验室阶段(TRL3)到产品批量交付阶段(TRL6-8)的突破。盟维科技联合创始人兼CEO周莉莎女士发表了题为《锂金属电池产业化现状及发展趋势》的主题演讲。她介绍到,随着电动航空实用化进程的逐步成熟,对动力电池的装载重量、安全性能等都会提出更高的要求。盟维科技从基础材料、电芯工艺、制造设备、结构设计四大关键环节对锂金属电池进行持续系统性创新研究,完成了锂负极保护、阻燃电解液、隔膜修饰等一系列关键技术的创新突破,有效抑制了负极锂枝晶的生长、大幅提高了金属锂负极的稳定性。针对不同应用场景的工况需求,盟维科技采用功能化电解液有效解决体系的关键安全问题,充分的验证其极限能量密度,设计开发了包括Metary®️E、P等能量型、功率型锂金属电池产品。今年6月,批量交付的Metary®️Exx 产品适用于新一代电动航空飞行器,为用户提供更持久、更强大的动力解决方案。未来,随着锂金属电池在航空应用中的逐步成熟,通航及新能源汽车电池技术指标的要求就会更加相似和同质化,锂金属电池对于新能源汽车产业的推动也非常值得期待。“从0到1”的原始创新是盟维科技自创立以来一直秉持的理念。周莉莎女士表示,要实现原始创新,除了专业人才的引进与培养,还需要完备的研发平台来支撑。本次与产线同步启动的z21创新实验室(z21-Lab)集研发与测试功能于一体,拥有电芯试制平台、测试分析平台,和安全测试平台,是具备材料制备、材料表征、器件测试三大功能的技术储备与开发创新实验室。周莉莎女士表示,得益于国家政策的支持和国内完善的新能源产业链配套,盟维科技得以如此迅速地完成从科研技术储备到产业化发展的转变。本次全球首创锂金属电池自动化制造线的全面投产和z21创新实验室的创立只是产业稳健发展的第一步。作为中国新一代动力电池的中坚力量,盟维科技将与生态链伙伴一起,推动产业升级和高质量发展,为新能源动力电池下游应用场景带来更多可能性。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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连续三个月增长,国内磷酸铁锂电池市占率再次超60%

在国内新能源汽车领域,磷酸铁锂电池延续对三元电池的碾压。9月9日,中国汽车动力电池产业创新联盟(下称动力电池联盟)发布数据称,今年8月,国内动力电池装车量27.8 GWh,同比增长121%,再创历史新高。其中,磷酸铁锂电池装车量17.2 GWh,占总装车量62%,市占率连续三个月环比正增长;三元电池装车量10.5 GWh,占总装车量38%。今年4月,国内磷酸铁锂电池的市占率达67%,创历史新高。5月市占率降至55.1%;6月开始升至57%;7月升至59.3%。磷酸铁锂和三元电池是国内动力电池两大主流技术路线。两者的主要区别在于使用的的正极材料不同。2018-2020年,国内磷酸铁锂电池的装车量均低于三元电池。2021年,磷酸铁锂电池实现逆袭,全年市场占有率达到51%,超过三元电池。相比三元电池,磷酸铁锂无需使用镍、钴等昂贵资源,在安全性和成本方面更有优势。借助宁德时代(300750.SZ)的CTP技术、比亚迪(002594.SZ)刀片电池等创新,磷酸铁锂电池续航能力相对较差的劣势被弥补,使得其逐渐获得了更多新能源车企的青睐。今年以来,磷酸铁锂电池的单月装车量均超过三元电池。今年前8个月,磷酸铁锂电池市占率超过59%,较三元电池高出18个百分点。动力电池联盟同期公布的8月国内动力电池企业装车量排名显示,宁德时代、比亚迪继续位列前两位。其中,宁德时代市占率接近47%,比亚迪则为22%左右,两者均较上个月略有下滑。中创新航在8月位列行业第三,市场份额为5.6%。今年前八个月,中创新航仅在6月跌出国内前三位。LG新能源在6月顶替了中创新航,排名第三位。排名第四至第七位的企业,分别为国轩高科(002074.SZ)、欣旺达(300207.SZ)、蜂巢能源和亿纬锂能(300014.SZ),它们的排名与上个月一致,市场份额均未超过5%。孚能科技(688567.SZ)、瑞浦兰钧和捷威动力位列第八至第十位。其中,捷威动力在8月顶替正立新能(原名塔菲尔新能源)上榜。

作者: 庄键 详情
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电池江湖的绝世花名

霸主宁王的一举一动,依然左右着电池产业的江湖风云。赶着中秋节前,宁德时代通过澎湃新闻,宣布第三代CTP——麒麟电池将在今年年底就实现量产出货,而不是此前一度宣布的2023年。首批量产电池将于明年第一季度装载于吉利汽车旗下的纯电豪华MPV极氪009系列上市。这款麒麟电池,是宁王当前最前端的拳头产品。据宁德时代介绍,其系统集成度为全球最高,体积利用率突破了72%,可将磷酸铁锂电池系统能量密度提升至160Wh/kg,而配用三元电池能量密度则可达255Wh/kg,支持5分钟快速热启动及10分钟快充。关键一句话,搭载麒麟电池的车型续航里程可超过1000km。除极氪009车型外,首批尝鲜1000公里麒麟的,还包括赛力斯汽车旗下的问界系列车型。此外,今年6月麒麟电池首发时,理想、哪吒、路特斯、睿蓝等车企的老总和官微,也都在第一时间公开示好,表达了“共赴山海”的态度。麒麟是上古神兽,古人认为它的出现有天降祥瑞的征兆。这当然是个意头十足的好名字,华为自主研发的芯片,就叫做麒麟芯片。不过,在电池圈,率先震撼业界,为拳头产品起上花名的公司,却是比亚迪。2020年3月,比亚迪发布新款电池产品——刀片电池,一改过往各大厂商以数字字母组合命名产品的传统,拉开了电池江湖花名竞赛的大幕。刀片电池,听上去冷峻锋利,古龙小说里有侠客身怀绝技,便叫做“迎风一刀斩”,刀法看似平平无奇,但疾如闪电见血封喉。比亚迪刀片电池可能没想过武侠之事,主要是它的长条形电芯在物理形态上长得像刀片,属于方形电芯的一类。刀片电池既提升了能量密度也延续了磷酸铁锂电池的安全优势,官方续航里程超过600公里,推出时曾一时风头无两。有长刀便有短刀。长城汽车孵化下的蜂巢能源,它便把拳头系列叫做短刀电池。据传原本蜂巢也打算叫刀片电池的,只是不曾想被比亚迪抢了先机。短刀电池,顾名思义,就是更短,还是侠客路线。在比亚迪刀片电池专利中,明确规定了刀片电池的尺寸范围在600mm-2500mm之间。而蜂巢短刀电池中最长的L600,其实际长度只有574mm,还不到600mm,精准规避了比亚迪刀片电池专利的打击范围。近日蜂巢能源董事长杨红新透露,第二代短刀电池将于今年量产,集度汽车、小鹏汽车、欧拉闪电猫、自游家汽车、光束汽车等品牌都将使用蜂巢的短刀电池。若果如是,这对之前九成销量依赖长城老东家的蜂巢来说,无疑是一次朋友圈开疆拓土的大攻略。蜂巢短刀电池从物理形态上着手的,还有广汽埃安的弹匣电池,它由中创新航提供。弹匣电池不走侠客风,属于街头西装暴徒或者狙击手格调的工业美学。所谓的弹匣电池其实就是因为这个电池技术采用了类似子弹匣的结构,将电池放入一个弹匣外壳中封装起来。广汽称其整个电芯隔热舱采用航天纳米技术,可承受1400℃高温。大概是苦宁王久矣,作为整机厂,广汽近来对以宁王为首的供应链炮火连天。广汽集团董事长曾庆洪今年七月公开抱怨:“动力电池成本占到新能源汽车40%-50%,甚至60%,我现在不是在给宁德时代打工吗?”于是不甘打工的广汽打算自建电池厂。8月下旬,广汽在一次董事会上通过了《关于设立绿擎电池公司的议案》。同意设立电池公司开展自主电池产业化建设,项目总投资109亿元,预计至2025年建成26.8GWh产线。这可能并不意味着广汽要完全自己生产电池,但至少是一种议价保底策略。回到花名。除了刀片、弹匣与短刀这些硬汉风,也有果冻电池这种粉红系名字。果冻和短刀同属蜂巢,它的由来是因为采用半固态电解质,形似果冻,具有高电导、自愈合、阻燃等特点。形象派的,还有江淮的蜂窝电池。它因采用蜂巢结构的仿生设计而得名——其实叫蜂巢更好,但奈何蜂巢能源本身就在那儿。蜂窝电池采用六边形结构,并在电芯之间注满导热胶,通过外延包覆的UE技术,对圆柱电芯实现单元化封装。有了形象派,自然有写意派的,像东风旗下的岚图汽车,相继推出琥珀和云母,上汽则鼓捣出了魔方电池。此话,还有神话派的,比如长城的大禹,哪吒的天工。其实自比亚迪刀片电池横空出世之后,除电池友商外,车企也争相跟进为自己的电池系统命名,这样的做法显然是让品牌营销更具亲和力。电池作为核心部件,可大多数的电动汽车消费者,有多少能搞清那些头晕脑胀的数字字母排列?此外,花名的诞生,很多时候也是为针对性解决某些特定痛点而来。像岚图汽车的琥珀和云母,便是从功能着手。所谓琥珀,是由树脂包裹一些小昆虫,经地下掩埋千万年的生物化石,瑰丽异常,称得上是绝世珍宝。琥珀电池便取其形意,它由三星提供电芯,在电芯的缝隙中均匀填充复合材料,复合材料由有机硅聚合物、低密度隔热材料、阻燃剂组成,将每个电芯包裹其中。而云母电池,由比亚迪旗下的弗迪提供电芯,在电芯与电芯之间,填充层状云母和气凝胶,在模组顶部也有云母片,本质也是防止热的扩散。强调安全功能的还有长城的大禹电池。大禹长什么样大家谁也说不准,但是大禹治水呀。大禹电池贯穿始终的便是变堵为疏,其思路是在电芯发生热失控后,将产生的高温高压气体排出电池包。通过电芯层面的热阻隔,模组层面增加定向排爆出口,以及电池包内部设计换流和灭火通道,最大程度保障电池系统安全。哪吒的天工电池,名字上很好理解。哪吒汽车总裁助理张洪雷介绍过天工电池这个名字的由来:它取自“物自天生,工开于人”,哪吒汽车希望借天工将构思表现在电池上,以此守护电池安全标准。而上汽的魔方电池,除了安全功能之外,魔方的含义是还能让空间重新配置。不同于传统电池包立式电芯,这款电池包最大的特点是电芯是躺着放的。它最明显的好处是,电池包竖向高度明显下降,可以为乘客释放出更多的车内空间。其实,归根结底,市场考量一款电池的优劣,电池最终还是要回到安全、续航、成本与全周期寿命等关键要素上去。根据国家应急管理部消防救援局给出的数据显示,2022年第一季度,国内接报的新能源汽车火灾共计有640起,平均下来相当于每天有七辆。作为新事物,这依然是劝阻消费者的重要原因。而且,在另一个赛道,这些电芯,已有不少进入储能市场,一旦起火,将导致项目的长时间延宕与关停,这也不得不让业主的选择更为谨慎。一般而言,在实际使用中,官方续航里程和全周期寿命往往至少要打个八折。而成本短时间内又难以打下来,这是行业共同面临的问题。像本文开头提到的采用麒麟电池的极氪汽车,由于电芯正极高镍配方材料,以及电池包结构中大量水冷板的使用,据传至少要卖40万以上,这对它们的市场推广,无疑难度极大。广汽董事长曾庆洪抱怨车企是给宁德时代打工,但就这一年来说,电池厂商又何尝不是给更上游的锂矿巨头做嫁衣呢?根据刚刚过去的各大公司半年报,锂矿巨头天齐锂业2022年上半年,其营收为142.96亿元,同比增长508.05%;净利润为103.28亿元,同比增长119倍。宁德时代营收是天齐锂业的八倍,达到1129.71亿元,净利润却比天齐锂业还要少20多亿,只有81.68亿元。在电池这样一个长坡厚雪的赛道中,真正的技术突破可能会让现有的市场格局瞬间乾坤位移。花名也好,打工也罢,一切也才刚刚开始。

作者: 苗藩 详情
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人民日报:锂电池热销折射发展新动能

前不久,工信部发布数据,今年上半年,我国锂离子电池产业主要指标实现高速增长,产量超过280吉瓦时,同比增长150%,全行业收入突破4800亿元。立足产业,去年全国锂离子电池产量达到324吉瓦时,同比增长106%,今年上半年数据是在高基数基础上的高增长;放眼全球,目前中国锂电池产能已占全球总产能的一半以上,彰显了我国锂电池产业领先优势。由点及线,作为新能源汽车的产业链上游环节,锂电池产业保持较好发展势头,充分体现了市场对新能源汽车的旺盛需求。绘出锂电池和新能源汽车产量增速图,不难发现,二者几乎保持了同步增长。上半年,新能源汽车产销分别完成266.1万辆和260万辆,同比均增长1.2倍,产销规模再创新高。汽车产业产业链长、覆盖面广、带动性强,是国民经济重要支柱产业。锂电池产业的稳定增长,使得汽车产业能够更有力支持中国制造由大到强。往长远看,随着锂离子电池在储能电站、5G基站等领域快速渗透,锂电储能产业将迎来爆发式增长。预计到2025年,我国锂电储能累计新增装机规模将达到50吉瓦,市场空间约2000亿元。发挥科技的渗透性、扩散性作用,能为高质量发展提供更多的源头供给、科技支撑和新的成长空间。从线到面,锂电池、新能源汽车、储能等新兴产业快速成长,不仅在经济运行中展现出较强的发展韧性,也成为产业结构转型、助力制造业高质量发展的重要引擎。今年以来,尽管外部环境复杂严峻,但我国经济创新引领持续增强、升级发展的态势没有改变。上半年,规模以上高技术制造业增加值同比增长9.6%,高技术产业投资增长20.2%;二季度,锂离子电池、电子元器件、集成电路等小类行业增加值增速均在20%以上。新动能较快成长,引领作用持续显现,为缓解经济下行压力、促进就业市场稳定、推动经济平稳健康发展提供了重要支撑。持续激发新兴产业活力,应当继续保持战略定力,努力在技术创新上取得更多突破。今年上半年,尽管受到疫情、部分原材料价格上涨等因素影响,但得益于技术创新带来的电池成本下降、性能提升,动力电池产品供给质量更高,产业竞争力也更强,有力推动新能源汽车产业实现平稳快速发展。抓创新就是抓发展,谋创新就是谋未来。持续完善支持新兴产业发展的相关配套,强化服务保障,必将有助于企业集中精力提高科技创新能力,培育更多发展新动力。我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期,迫切需要重大创新添薪续力。如今,我国日新增市场主体数量的纪录不断被刷新,具有国际竞争力的创新型领军企业正加速涌现。强化基础研究,完善应用开发和技术创新一体化布局,进一步强化企业创新主体地位,才能塑造更多依靠创新驱动、更多发挥先发优势的引领型发展。随着相关研究的深入推进,已经被广泛应用的锂电池,将迎来更加广阔的发展前景。抢抓新一轮科技革命和产业变革新机遇,顺应消费提质升级趋势,为更多战略性新兴产业成长壮大提供良好发展环境,我们一定能不断提升产业链供应链现代化水平,打造未来发展新优势、书写高质量发展新篇章。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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磷酸铁锂电池加速走向全球

“目前锂离子电池的矿物成本迅速上涨,锂、钴和镍的价格上升趋势短期内不会有太大改变,这也是福特计划为部分车型提供成本较低的磷酸铁锂电池版本的原因,希望消费者能负担得起福特的电动汽车。”福特汽车首席执行官Jim Farley近日表示。与需要钴、镍等稀缺金属的三元锂电池相比,磷酸铁锂电池成本更低,尤其在锂电正极、负极、电解液等原材料齐涨价的当下,其规模化生产的成本压力较小,因此广受国内车企欢迎。随着全球锂价持续上涨,许多国际汽车制造商也开始纷纷倒戈,加速推进配备磷酸铁锂电池的电动汽车的研发制造。备受国际车企关注据了解,特斯拉是较早使用磷酸铁锂电池的国际车企。2020年9月,特斯拉(上海)工厂标准续航版Model3开始换装磷酸铁锂电池,随后不久该版本车型全部切换为磷酸铁锂电池。据悉,该公司2022年第一季度生产的电动汽车中近50%采用了磷酸铁锂电池。特斯拉CEO马斯克表示,出于对镍长期供应可得性的担忧,该公司将考虑在更多电动汽车上配套磷酸铁锂电池,“镍原料供应是我们在电池量产过程中最为关注的问题,这也是我们计划将标准续航版的电动汽车搭载铁锂电池的原因。大众、梅赛德斯-奔驰也同样对磷酸铁锂电池表达过关注。大众汽车在今年3月宣布,计划在其入门级车型上普遍使用磷酸铁锂电池,以使电池成本较目前下降约50%。据悉,大众计划在2023年开始量产搭载磷酸铁锂的入门级车型。梅赛德斯-奔驰也在去年宣布奔驰的部分电动汽车将使用磷酸铁锂电池。在业内人士看来,新能源汽车补贴的退坡使市场更加期待综合性价比更高的电池。相比三元电池,磷酸铁锂电池具有成本低、安全性好的优势,更符合车企降本需求,因此成为诸多国际车企的新宠。“随着新能源汽车市场竞争日趋激烈,大部分车企产品也在降价,因此车企势必会采购成本更低的磷酸铁锂电池。”新能源与智能网联独立研究员曹广平认为。国内产品加速出海整车企业的集体转向,正在带来磷酸铁锂电池的全面复苏。不过,现阶段磷酸铁锂产业链仍然以国内市场为主。根据Benchmark Mineral Intelligence的数据,如今在中国销售的电动汽车中有44%使用磷酸铁锂电池,欧洲为6%,美国和加拿大为3%。而随着更多国际车企青睐磷酸铁锂电池,中国电池企业生产的磷酸铁锂电池也开始陆续配套国际车企,通过与海外合作、在当地建厂等方式进一步提升国际市场的磷酸铁锂电池装机量占比。例如,福特汽车在今年7月表示,将与宁德时代开展合作。根据双方签署的协议,从明年起宁德时代将为北美的福特Mustang Mach-E车型供应磷酸铁锂电池包,并从2024年初起,为北美的福特纯电皮卡F-150 Lightning提供磷酸铁锂电池包;国轩高科去年12月发布公告称,境外全资孙公司与美国某大型上市汽车公司达成战略供应和本土化协议,后者预计在2023-2028年向国轩高科采购磷酸铁锂电池总量不低于200GWh,双方计划在美国本土化生产和供应LFP 电池。另有消息称,比亚迪磷酸铁锂电芯已经上线特斯拉柏林工厂的Model Y生产线。荷兰RDW(荷兰交通部)颁发的认证文件显示,2022年7月1日,装有比亚迪刀片电池的特斯拉 Model Y通过了欧盟的型号认证。“从全球来看,只有中国公司一直专注于磷酸铁锂系的电池材料,主导着市场,国外车企想要采用磷酸铁锂,势必选择中国的电池厂商。”伊维经济研究院研究部总经理吴辉指出,“国内磷酸铁锂电池产品及材料向海外供应是个很好的契机。刚好可以利用国内磷酸铁锂产业的优势,绑定国外客户,即便未来转向三元路线,这个供应渠道也有助于国内电池企业进一步开拓海外市场。”市场将持续火热与此同时,随着国际主流车企向磷酸铁锂电池抛来橄榄枝,也吸引了海外传统电池企业布局磷酸铁锂电池,以期分一杯羹。例如,一直以来专精于三元电池的LG新能源在7月宣布,计划于2023年在LG中国工厂生产磷酸铁锂电池。不仅是LG新能源,韩系电池企业SKI等也在积极发力磷酸铁锂电池。据悉,SK I的电池部门SK On正在开发用于电动汽车的磷酸铁锂电池。“磷酸铁锂电池在成本、安全性和寿命方面表现都较为出色,因此越来越多的车企加大了对磷酸铁锂电池的需求。这也是SK On决定开发磷酸铁锂电池的主要原因。”SK On相关负责人表示。“日韩一直走的是三元路线,并且认为磷酸铁锂属于上一代的产品,更希望往下一代高能量密度的技术方向去开发。而中国走的是性价比路线,因此选择高性价比的磷酸铁锂路线。”吴辉指出,“虽然韩企声称要加码布局磷酸铁锂,但日韩企业实质上并不愿意做磷酸铁锂电池,未来真正大规模布局的可能性不大。”总体来看,现在已经有越来越多的车企及电池厂商盯上了磷酸铁锂电池这个香饽饽。作为国内爆款车型的标配电池,磷酸铁锂电池已经逐步火到国外。业内分析认为,中国有着最为完善的磷酸铁锂电池产业链配套体系,国际市场的需求也会进一步推动中国整个磷酸铁锂电池、材料等产业链的快速发展。“预计到2025年,在动力电池领域,随着全球主流车企铁锂电池车型的发布,磷酸铁锂电池将占到43%的份额;在储能领域,磷酸铁锂电池预计将占据85%的份额。”中信证券研报称。

作者: 实习记者 姚美娇 详情
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钠离子电池争雄

在锂资源争夺日益激烈的当下,在技术上与锂电池一脉相承的钠离子电池,正在重新走入人们的视野。文 | 本刊记者 武魏楠2019年10月9日,备受瞩目的诺贝尔化学奖揭晓。美国科学家约翰·古迪纳夫、英裔美国科学家斯坦利·惠廷厄姆与日本科学家吉野彰共同获得此奖,以表彰他们在锂离子电池领域作出的突出贡献。自1991年实现商业化进入市场之后,锂电池先是开启了电子设备便携化的进程,最近十几年,锂电池又再次成为世界能源转型的重要支撑。但是,在技术上与锂电池一脉相承钠离子电池,却在科研和商业化应用上大大落后了。随着近年来锂资源争夺日渐激烈,钠离子电池重新进入了人们的视野。锂电池的研发起源于20世纪的70年代,全球石油危机的爆发再加上石油峰值论的出现,让各类替代能源的研发成为一时风口。锂是元素周期表中直径最小的金属,其单位体积的密度可以很高,所以当它成为电池中的电极材料时,可以带来更高的能量密度。但由于它也是最活泼的金属,遇到氧气时会产生强烈的化学反应,释放热量,甚至爆炸,所以很难控制。很少有人知道,一位法国科学家的理论改变了锂电池的命运。1980年,法国科学家Michel Armand等人提出了用嵌入和脱出物质作为二次锂电池正负极的新构想,组成没有金属锂的电池。充放电过程中锂离子在正负极之间来回穿梭,反复循环。这一过程后来被形象地成为“摇椅式电池”概念,成功了解决了使用金属锂的安全性问题。荣获诺贝尔奖的三位科学家正是在此概念基础上,实现了锂电池的发明和商业化。事实上“摇椅式电池”概念并不为锂离子电池所专享。在1970年代,钠离子电池与锂离子电池几乎被同时发现并进行研究。甚至在1980年代,钠离子电池研究还取得了金属层状氧化物正极材料的发现。但是随着1990年代锂离子电池商业化的成功,钠离子电池的研发工作也逐渐缓慢甚至陷入停滞。转机出现在2010年前后,学界对钠离子电池相关研究开始逐渐重视,钠离子电池企业也开始逐渐兴起,围绕钠离子的创投和资本也日益活跃。钠离子电池迎来了发展的黄金时期。伴随着碳中和的东风,钠离子电池在资本市场上也获得了巨大青睐。这个被认为是锂离子电池竞品和补充的产品,究竟如何在沉寂了50多年后强势兴起?成本优势:巨大的潜力资源差距是钠离子电池和锂离子电池最常常被拿来比较的。与钠相比,锂的资源无疑是非常匮乏的。锂资源在地壳中的丰度仅有0.0065%,而钠的丰度高达2.75位居所有元素的第6位。从资源的集中度和易获取程度而言,全球超过7成的锂资源集中在美洲,而钠资源却遍布全球,极易获得。过去一年多的时间里,由于电动汽车、储能等市场对于动力电池需求的强劲拉动,锂资源价格一路暴涨。电池用碳酸锂价格已经从2020年中约4万元/吨涨至2022年4月约50万元/吨。而作为钠离子电池正极材料的前驱体,碳酸钠价格长期稳定,价格基本维持在2000元/吨左右。而这仅仅只是钠离子电池与锂离子电池成本差距的一部分。从工作原理上来说,钠离子电池与锂离子电池一样,都是“摇椅式电池”。钠离子电池在充电时,钠离子从正极脱出,经电解液横穿隔膜嵌入负极,使正极处于高电势的贫钠态,负极处于低电势的富钠态;放电过程则与之相反,钠离子从负极脱出,经电解液穿过隔膜嵌入正极材料中,使正极恢复到富钠态。相似的原理让钠离子电池与锂离子电池在结构上高度一致,都包括了正极、负极、隔膜、电解液和集流体。只是二者在材料选择上有较大差异。钠离子电池的正极材料选择包括了层状金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物等三个技术路线。负极材料选择包括硬碳负极材料和软碳负极材料路线。电解质可以遵循锂离子电池的经验和思路。而在集流体材料的选择上,由于铝制集流体在低电位下易于与锂发生合金化反应,锂离子电池负极处只能使用价格昂贵的铜箔作为集流体,钠离子电池正负极集流体均可使用价格便宜的铝箔。据中国科学院物理研究所研究员,同时也是国内钠离子电池企业中科海钠创始人的胡勇胜介绍,钠离子电池还有一个优点就是可以直接使用现有的锂离子电池生产线,无需重新建设新的生产线。2021年,中科院物理所就利用锂离子电池的生产线成功生产了8万只钠离子电池。“这使得钠离子电池具有更快的市场化速度。”胡勇胜说。但不得不承认的是,这些成本优势更多的只能在钠离子电池全面商业化、大规模生产之后才能够体现。根据国海证券研究,目前磷酸铁锂电池产业链成熟,设备折旧等费用均已摊薄,行业平均成本约为0.5元/Wh。能量密度更高的三元锂电池成本大约是0.7元/wh。而钠离子电池目前产业不成熟,产品也没有量产,所以还无法体现出成本优势。目前成本大约1元/wh。根据中科海钠预计,钠离子电池成本为推广期 0.5-0.7元/Wh;发展期0.3-0.5元/Wh;爆发期0.2-0.3元/Wh。待钠离子电池产能达到GWh水平时,各项费用摊薄,钠离子电池的成本优势将显现出来。成本优势在残酷的市场竞争中并非全部。价格更高的三元锂电池依然能依靠更强的性能获得市场青睐,但钠离子电池却并不具备这一条件,其能量密度也大大低于三元锂电池。既没有产业化带来的低成本,也没有明显高出一截的性能优势,钠离子电池凭什么在未来能源体系中占据一席之地呢?差异化竞争2021年7月,宁德时代举办了首场线上发布会。董事长曾毓群在会上发布了宁德时代的第一代钠离子电池。160Wh/kg的能量密度、15分钟充电量80%、零下20摄氏度90%的放电保持率……宁德时代一出手就震撼了整个产业界。而在宁德时代之前,国内企业实现的钠离子电池能量密度为145Wh/kg。即便是宁德时代宣布下一代钠离子电池的能量密度将达到200Wh/kg,这一数据还没有超过磷酸铁锂,距离能量密度更高的三元锂更是有一定的差距。在目前的技术条件下,钠离子电池的电芯能量密度约为70-200Wh/kg,高于铅酸电池的 30-50Wh/kg。目前钠离子电池的能量密度相较于三元锂电的200-350Wh/kg有所逊色,但与磷酸铁锂电池的150-210Wh/kg有重叠范围。铅酸电池曾经是电池领域的主流。“但是铅酸电池有不可避免的环境污染问题。”胡勇胜说,“而且在新国标公布后,铅酸电池也面临退役问题。”尽管能量密度不高,但凭借着低价优势,铅酸电池一直是两轮电动车领域的主要储能设备。但在两轮电动车的新国标对整体重量设定55公斤上限后,重量大的铅酸电池可能会被彻底淘汰。即将被淘汰的铅酸电池彰显出了一个事实:面对庞大的能量存储市场,不同的技术路线可能会有着不同的生存空间。红杉中国投资合伙人、红杉碳中和研究院院长、红杉远景碳中和基金主席李俊峰说:“不同类型的电池有不同的价格、能量密度、安全性、便利性,在选择电池的时候要根据产品特性的不同进行选择。”与锂离子电池相比,安全性无疑是钠离子电池的最大优点。此前,国家应急管理部公布了2022年一季度新能源汽车火灾数据:共计640起,比去年同期上升32%,高于交通工具火灾平均(8.8%)增幅。平均每日超7例火灾。随着电动汽车普及率的提高,安全性问题也开始逐渐引起重视。尽管“摇椅式电池”大大降低了锂电池的风险,但依然无法规避锂元素自身带来的安全新问题。而钠离子电池安全性更高。得益于更高的内阻,钠离子电池在短路状况下瞬间发热量少,热失控温度高于锂离子电池,具备更高的安全性。在针对过充过放、针刺、挤压测试时,钠离子电池的安全性表现也让人满意。相比于锂离子电池-20℃到60℃的工作温度区间,钠离子电池可以在-40℃到80℃的温度区间正常工作,-20℃环境下容量保持率近90%,高低温性能更优秀。此外,钠离子电池的倍率性能好,在快充方面具备优势。钠离子电池具备更好的倍率性能,能够适应响应型储能和规模供电,这一特性使钠离子电池能够更好地胜任大规模储能方面的应用。交通运输领域对于动力电池的能量需求无疑是最高的,所以钠离子电池即便在产业化实现低成本后,竞争力依然有限。但是在储能领域,环境适应性更强、成本更低、安全性更高的钠离子电池无疑会有着极强的竞争力。战略地位提升随着钠离子电池技术的突破,其重要性也开始被各国所重视。2020年,美国能源部发布《储能大挑战路线图》,通过“三大课题”和“五大路径”推进储能领域的发展。除了肯定钠离子电池在储能领域的应用潜力,还表明有多家隶属于美国能源部的研究机构正专注于钠离子电池的开发工作。欧盟储能计划“电池2030”项目公布了未来重点发展的电池体系,其中包括锂离子电池、非锂离子电池和未来新型电池,项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。欧盟“地平线2020研究和创新计划”更是将“钠离子材料作为制造用于非汽车应用耐久电池的核心组件”重点发展项目。中国在2022年4月印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》,提出开展钠离子电池、新型锂离子电池等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。科技部在“十四五”期间实施的“储能与智能电网技术”重点专项中,也将钠离子电池技术列为子任务,目标是进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化,提升综合性能。世界各国在政策等方面的重视也带动了企业研发的动力。目前全球共有十几家公司正在进行钠离子电池产业化开发,包括英国Faradion公司、法国Timat、美国Natron Energy等公司,以及我国的中科海钠、宁德时代、钠创新能源、星空钠电等公司,都在进行钠离子电池产业化的相关布局,均取得了重要成果。不过由于钠离子电池还没有实现产业化,对于能量密度的突破还存在一定的空间,所以不同的企业对于钠离子电池的材料选择也有不同的技术路线。尽管相对较低的能量密度可以在储能市场发挥作用,但寻求更高的能量密度依然是目前钠离子电池全面产业化的首要挑战。相较于锂离子,钠离子质量和半径更大,离子扩散速率较低,反映在电池性能上为理论容量和反应动力学特征较为逊色,这些问题需要正极材料的突破来改善。得益于锂离子电池成熟的技术与生产工艺,钠离子电池正极材料发展较为迅速。而负极材料和电解质方面的突破则会让钠离子电池在本就突出的安全性方面更上一层楼。由于钠离子电池内阻较大,短路时瞬时放热量较锂离子电池少,温升较低,在安全性方面具备先天优势。但钠离子电池电解液易燃、负极处钠枝晶生长易导致短路等问题依旧存在,因此安全性的提高需要在负极材料、电解质环节入手。在钠离子电池在能量密度和安全性实现更多突破之后,依托于已经成熟的锂离子电池生产体系,钠离子电池的产业化无疑会更加迅速。胡胜勇表示,科研是产业化的基础,在带领团队产业化的同时还必须潜心科研,为实现钠离子电池充电更快、能量密度更高、安全性更好、成本更低的目标夯实基础。宁德时代已经明确,将在2023年产业化生产钠离子电池,锂电池在称雄电池产业三十多年后,可能迎来钠离子电池的全面竞争。

作者: 记者 武魏楠 详情
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镁锌钠电池受追捧 无“锂”也能行天下

如今,锂电池已成为日常生活中不可或缺的设备,广泛应用于手机、电脑、可穿戴设备、新能源汽车等领域,几乎是“有锂走遍天下”。但锂电池也存在明显的缺点:成本高、且用于生产锂电池的原材料储量少等。鉴于此,不少国家的政府和企业纷纷加快步伐,布局“后锂电池”时代,比如欧洲有些机构致力于研制镁电池和锌电池、宁德时代推出了钠电池等。正如《日本经济新闻》杂志网站在近日报道中指出的,围绕锂电池替代品的全球竞赛已经开始!锂电池成本高锂电池诞生于上世纪60年代,上世纪90年代开始由日本索尼公司实现商业化,与其“前辈”镍氢电池、铅酸电池相比,能存储更多电能,如今已经飞入寻常百姓家,广泛应用于新能源汽车、个人电脑、智能手机等产品;它还可以储存太阳能和风能,让无化石燃料的世界成为可能。鉴于锂电池为人类作出的巨大贡献,2019年,三位“锂电池之父”荣膺诺贝尔化学奖,锂电池也成为今天蓄电池行业的“当家花旦”。但锂电池的最大缺点就是成本高。只是用在智能手机上还好,如果需要大规模储存电能的话,就需要相应的大型电池。日本经济产业省的资料显示,如果想让锂电池蓄电系统的蓄电成本达到与抽水蓄能电站持平的2.3万日元(约合1280元人民币)/千瓦,简直就是痴人说梦。此外,锂电池原材料锂、镍、钴的产地分布极度不均,且全球的锂和钴矿藏并不能完全用于生产。锂在地壳中的储量为0.0065%,全球储量仅有8600万吨;相比之下,钠、镁、锌的储量要高得多:钠在地壳中的储量为2.74%,仅中国柴达木盆地的钠盐储量就达到3216亿吨;而镁在地壳中的含量更是高达13.9%。候选元素前景看好因此,科学家们将目光投向了镁、锌、钠等元素。例如,英国剑桥大学、丹麦和以色列的知名理工科院校、德国和西班牙的研究机构共同发起了一个名为“欧盟镁交互电池共同体”(E-Magic)的研究项目。这个为期4年的前瞻性项目得到了欧盟的资金支持,目标是研发能量密度超过1000瓦时/升(相当于锂电池2倍)的、对环境友好的可充电镁电池。研究人员称,这种电池以金属镁作为负极,由于一个镁离子携带两个电子,与只能携带一个电子的锂离子相比,镁电池的容量翻了一番,目前研制成功的镁电池已经可以反复充放电500次以上。据悉,2020年,美国休斯顿大学姚彦教授课题组联合北美丰田研究中心成功研发出一种非常有前景的高能量镁电池,其潜在应用范围包括电动汽车、可再生能源系统的储电池等。虽然眼下这款电池连续充放电只有200余次,但研究团队认为,他们已为更安全、性能更高的镁电池找到了研究方向:正极使用有机化合物、负极使用芘四酮(PTO)实现快速且可逆的氧化还原过程,基于硼团簇的弱配位电解质则使离子运动更快。这种先进的阴极和电解质设计对镁电池的发展具有重大的指导意义,并将加速镁电池技术的商业化步伐。此外,日本东京都立大学教授金村圣志野研发出正极使用氧化锰、负极使用金属镁的电池。《日本经济新闻》报道指出,虽然与锂电池相比,目前镁电池的性能还处于较低水平,但其潜力值得挖掘。未来,研究人员将着重解决电解液的改性问题,并加强电极材料的研究。和镁同样引人注目的还有锌。日本东北大学小林弘明副教授和本间格教授研发的新型锌离子电池使用水溶液作为电解液,取代了传统的有机溶剂,降低了电池起火的风险。来自美国西北太平洋国家实验室和德国明斯特大学的研究人员也合作研发出一种“锌金属双离子电池”,该电池由锌阳极、天然石墨阴极和双离子盐水溶液组成。今年7月,中国宁德时代公司发布了一款钠电池,具备迄今全球最高的能量密度和超快充特性(15分钟可充电80%),预计宁德时代将不断提升钠电池的能量密度,并有望于2023年形成基本产业链。锂电池挖潜大有可为尽管各种替代性技术研究如火如荼,但从目前的发展情况来看,无论是镁电池、锌电池还是钠电池,在技术和材料方面仍有很多难题需要解决。比如,镁离子体积小、电荷密度大、极化作用强,难以插入到多数基质中去,较难形成嵌入式化合物。因此,可供选择的正极材料受限。鉴于此,也有科学家致力于深入挖掘锂电池的潜能,改善锂电池的性能,研发质量更好的锂电池。据《日本经济新闻》报道,日本汤浅公司与关西大学合作,开发出一款以硫作为正极活性物质的锂硫电池,其质量能量密度可达现有锂电池的2倍左右——目前常用于纯电动汽车的锂电池质量能量密度约为200—300瓦时/千克,而此次开发的锂硫电池质量能量密度则超过了370瓦时/千克。研究人员解释说,理论上相同尺寸情况下,锂硫电池的容量可达传统锂电池的8倍,但却存在电导率低、中间产物易溶于电解液等问题,而他们最新研制出的锂硫电池采用了有微孔的碳粒,规避了上述两个问题。汤浅公司表示,希望到2023年能将其锂硫电池的质量能量密度提至500瓦时/千克。(记者 刘 霞)

作者: 刘 霞 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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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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