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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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关于召开第七届全国铅酸蓄电池标准化技术委员会换届会议的通知

全国铅酸蓄电池标准化技术委员会全蓄标  [ 2021 ]   第005 号各位委员及有关单位:自2016年第七届标委会成立(标委办综合[2016]171号),按照《全国铅酸蓄电池标准化技术委员会管理规定》现已经期满,准备换届,根据2020年全国铅酸蓄电池标准化技术委员会秘书处工作计划的安排,经研究决定于2021年03月19日-20日召开标委会换届会议,因此请各委员及有关单位安排好工作派人参加。确有特殊情况不能到会者,可委托他人参加会议,如不参加会议,将视为退出标委会。现将有关会议事宜通知如下:                    一、 会议日期:1、报到日期:2021年03月18日 全天2、会议日期:2021年03月19日~20日          二、 会议地点及联系方式:1、 宾馆名称:贵阳贵山和泰酒店; 2、 宾馆地址:贵州省贵阳市云岩区省府路39号;3、 联系电话:0581-85576999;4、 标委会秘书处:邓继东 13889351969、付冰冰 13940269968、陈玉松 13190039581。三、会议内容:1、传达上级有关文件精神;2、总结第七届工作内容;3、标委会换届;   1) 选举标委会主任委员、副主任委员、   2)确认标委会秘书长、委员四、乘车路线:1,龙洞堡机场—贵山和泰酒店,约14公里,打车30分钟,打车费约35元;2,贵阳北站—贵山和泰酒店,约11公里,打车25分钟,打车费约25元;3,贵阳东站—贵山和泰酒店,约16公里,打车30分钟,打车费预计40元;4,贵阳站—贵山和泰酒店,约4公里,打车11分钟,车费预计10元。五、其它事宜:1、参会代表每人需交会务费1500元(提示:由于国家限制不能扫码缴纳,准备现金)。统一安排食宿,费用自理2、会议承办单位:江苏华富储能新技术有限公司。3、会议承办单位联系人:朱明海 138525483304、详细会议安排请咨询秘书处,联系人:邓继东13889351969,付冰冰13940269968。         二0二一年三月一日附件 全国铅酸蓄电池标准化技术委员会 秘书处  联系人:邓继东 13889351969(微信同步)  付冰冰 13940269968  陈玉松 13190039581联系电话:024-25326112  传真:024-25326112  邮箱:xdcbzh@vip.163.com 2021年标准审查会、换届会议回执参  会  回  执 姓 名职务邮政编码单位名称单位地址手机号码邮箱订票信息往:返: 温馨提示:请参加会议代表务必在3月16日前将回执返回,或电话告之秘书处,以便及时为您提供住宿预定等更好的会议服务。

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关于召开2021年全国铅酸蓄电池标准化技术委员会标准审查会的通知

全国铅酸蓄电池标准化技术委员会全蓄标  [ 2021 ]   第004 号各位委员及有关单位:为贯彻《全国专业标准化技术委员会管理规定》、标准制定的科学、合理及总结全国铅酸蓄电池标准化技术委员会2020年工作,根据全国铅酸蓄电池标准化技术委员会工作计划的安排,经研究决定于2021年03月19日至20日在贵州贵阳召开全国铅酸蓄电池标准化技术委员会年会标准送审稿审查会议。为保证标准审查质量请标委会委员务必参加。确有特殊情况者,请向标委会秘书处说明,并委派其他相关人员参加。(回执见附件)。现将有关会议事宜通知如下:                       一、 会议日期:1、报到日期:2021年03月18日 全天2、会议日期:2021年03月19日~20日          二、 会议地点及联系方式:1、 宾馆名称:贵阳贵山和泰酒店; 2、 宾馆地址:贵州省贵阳市云岩区省府路39号;3、 联系电话:0581-85576999;4、 标委会秘书处:邓继东 13889351969、付冰冰 13940269968、陈玉松 13190039581。三、会议内容:1、领导讲话;2、总结2020年工作情况;3、汇报2021年标委会秘书处工作计划;审查:GB/TXXXX-XXXX《储能用铅酸蓄电池 第1部分 光伏离网应用技术条件》;JB/TXXXX-XXXX《微型阀控式铅酸蓄电池》JB/TXXXX-XXXX《胶体铅酸蓄电池 技术条件》JB/TXXXX-XXXX《煤矿防爆特殊型电源装置用铅酸蓄电池》四、乘车路线:1,龙洞堡机场—贵山和泰酒店,约14公里,打车30分钟,打车费约35元;2,贵阳北站—贵山和泰酒店,约11公里,打车25分钟,打车费约25元;3,贵阳东站—贵山和泰酒店,约16公里,打车30分钟,打车费预计40元;4,贵阳站—贵山和泰酒店,约4公里,打车11分钟,车费预计10元。五、其它事宜:1、参会代表每人需交会务费1500元(提示:由于国家限制不能扫码缴纳,准备现金)。统一安排食宿,费用自理2、会议承办单位:江苏华富储能新技术有限公司。3、会议承办单位联系人:朱明海 138525483304、详细会议安排请咨询秘书处,联系人:邓继东13889351969,付冰冰13940269968。         二0二一年三月一日附件 全国铅酸蓄电池标准化技术委员会 秘书处  联系人:邓继东 13889351969(微信同步)  付冰冰 13940269968  陈玉松 13190039581联系电话:024-25326112  传真:024-25326112  邮箱:xdcbzh@vip.163.com 2021年标准审查会、换届会议回执参  会  回  执 姓 名职务邮政编码单位名称单位地址手机号码邮箱订票信息往:返: 温馨提示:请参加会议代表务必在3月16日前将回执返回,或电话告之秘书处,以便及时为您提供住宿预定等更好的会议服务。

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被新能源车“榨干”的20万吨电池如何处置?

来源:品驾作者:Decode新能源汽车在中国逐渐普及,紧接着而来的,是退役电池回收问题。理论上,新能源汽车的动力电池寿命一般为 8 年或者对应里程为 12 万公里。但实际使用中,通常只有 4–6 年寿命,电池容量衰减到 80% 之后,将不再适用于驱动汽车。照此时间往前追溯,2013 年前后中国新能源汽车逐渐普及;2015 年后,中国已经连续 4 年成为全球新能源汽车产销第一大国。这意味着,最早被消费者购买的电动车在中国市场正带来第一波电池退役潮。据中国汽车工业协会统计,2013 年中国新能源汽车销售约 1.76 万辆,2014 年约 7.48 万辆。到 2020 年左右,这些新能源汽车的动力电池已经到了退役期。中国汽车技术研究中心曾预测,2020 年中国国内累计退役的动力电池,超过 20 万吨(约为 25GWh)。作为对比,据中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据,2020 年中国国动力电池累计销量为 65.9GWh。这个衰退周期被很多业内人士当作看好“电池股”上涨的理由,但比这些既得利益更重要的一个问题其实是——这些退役的动力电池该如何处理?电池再上岗新能源汽车动力电池主要为磷酸铁锂电池和三元锂电池,前者成本更低,后者能带来更长续航但成本更高,各有优劣。此外,还有少量钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂电池。锂离子电池内含锂、镍、钴和锰等重金属元素,同时电解液中含有六氟磷酸锂等高毒性物质和挥发物。如果处理不当,数量如此之大的退役电池,势必会对生态环境造成不良影响,新能源车的“环保”属性也将大打折扣。此外,如果处理过程中操作不当,也会引发燃爆、触电和腐蚀等安全隐患。目前,对退役动力电池回收处理主要有两种方式,分别是梯次利用和再生利用。梯次利用是让退役的动力电池重新上岗。当电池实际容量降低到原来的 70%-80% 后,虽然不再适用于汽车,但却依然可用于动力和续航需求较弱的低速电动车、通信基站和储能设备等。对退役动力电池梯次利用存在一定技术门槛。动力电池通常是根据不同车企的特定车型定制,不同车企的动力电池之间,结构、规格和参数存在较大差异。即使是同一车企同一车型同一批次的动力电池,到了退役时间,其剩余容量、电压和内阻也不会完全一样,正如世界上没有两片完全一样的叶子。这些因素都增加了对退役动力电池梯次利用的难度和成本。电池回收后,需要先进行检测,然后根据不同来源、不同规格和不同容量进行分类,最后才是重组再利用。再生利用则是指,让电池彻底报废,对废旧电池进行拆解、破碎、分选、材料修复或冶炼,提取锂、钴、镍、锰等金属元素,然后利用这些材料再造电池。据电动汽车百人会调研,2020 年左右报废动力电池以磷酸铁锂为主,到 2022 年三元与磷酸铁锂动力电池退役量几乎相同。预计 2023-2025 年三元动力电池报废量将继续增多,但伴随新能源汽车向市场化发展的趋势,低成本、新模组的磷酸铁锂电池将再次得到市场青睐。退役的磷酸铁锂电池,一般循环寿命为 2000 次至 6000 次,更加适合梯次利用。而退役的三元锂电池仅为 800 次至 2000 次,且由于其含有价金属(镍 12.1%、钴 3%、锂 1.9%),更适合直接再生利用。据《第一财经》2019 年 11 月报道,新磷酸铁锂电池价格曾下降至每度电 9 毛,甚至更低的价格,而将磷酸铁锂电池进行回收的成本为每度电 6~7 毛钱左右,在这种市场环境下盈利仍较为困难。自然地,企业回收利用磷酸铁锂电池的动力不足。不过,随着 2020 年 4 月国家新能源补贴政策发布,行业由强政策驱动向市场驱动转变,新能源车企降本增效压力增大,新磷酸铁锂电池的价格持续上涨,企业回收利用磷酸铁锂电池的动力预计将会反弹。落地挑战多回收处理动力电池的思路很明确,落地执行却存在不少难点。尽管工业和信息化部等相关部门曾发布过多个相关文件和政策,希望规范动力电池回收市场,但多为引导性而非强制性,因此行业仍存在很多不规范的地方。动力电池回收链条中,第一个环节(渠道回收和电池溯源)就出现了问题。2018 年,工信部发布《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》,要求汽车生产企业应承担动力蓄电池回收的主体责任。此外,电池生产企业应与汽车生产企业协同,对所生产动力蓄电池进行编码,及时通过溯源信息系统,上传动力蓄电池编码及新能源汽车相关信息。文件出台后,有的新能源汽车生产企业自建电池回收业务,比如 2020 年比亚迪利用 e6 车型回收的磷酸铁锂电池组,建了浙江省最大规模的梯次储能电站。但这种做法仍是少数,车企更多通过建设回收服务网点、与电池回收企业合作的方式,来处理退役电池。但《e 公司》2021 年 1 月发表的一篇调查报道显示,回收点的设置更多是流于形式。“回收点是整车厂为满足部委要求而设,大部分依托于销售及售后网点,对锂电池的存放、保管完全不在行”。另外,工信部要求上传电池和车辆相关信息到溯源信息系统,但据《每日经济新闻》报道,为了拿到新能源补贴,有的整机厂会把车辆先发往深圳等补贴比较高的城市进行系统报备,之后再运往别处销售。经销商体系更为混乱。《每日经济新闻》从业内人士中获知,一级经销商从厂家提车后,部分车辆会直接出售给消费者,部分车辆则会转手给二级经销商,另外一部分车辆后续会通过二手车市场转入其他消费者手中。复杂的流转流程意味着,通过溯源信息系统很难找到真实车主,车辆搭载的动力电池也难以追踪。即使没有这些流程,回收企业想要依靠编码对动力电池进行价值评估,也不现实。据《e 公司》报道,电池回收企业扫描电池上的编码,是看不到电池信息的,这更像是电池厂自己的内部管理系统。这就导致电池回收企业只能依靠卖方提供的信息,以及自己买回来后检测。《经济观察报》指出,电池回收企业看一批电池,常常像“赌石”一样。卖方报了价格,但这批电池到底是好是坏,是没法知道的。因为没有数据能够准确证明电池的状况和价值,一些很粗糙的使用年限类数据也没有太多意义。退役电池有多大价值,只有买回来后,在自己厂内做完检测才知道。处理电池的主体也是鱼龙混杂,既有正规军,也有小作坊。所谓正规军,即工业和信息化部公布的“白名单”企业。2018 年 7 月,工业和信息化部节能与综合利用司公示了《符合〈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)》,共有 5 家。2020 年 12 月,工信部又公布了第二批企业名单,共 22 家。两批加起来 27 家。这些正规军在营业资质、渠道、技术和规模等方面都满足了国家标准。相比之下,小作坊的资质、规范和能力都偏弱,拆解及废液处理不专业,有爆炸和环境污染风险。但在电池回收的链条中,正规军却不一定是占优势的一方。通常,电池厂或新能源汽车主机厂有一批电池要处理,会让多家企业共同招标,价高者得。参与招标的企业,既有“白名单”企业,也有作坊类企业。后者由于合规成本比较低,通常报价可以比前者高出 15% 左右。《经济观察报》援引浙江华友循环科技副总经理高威乔报道,假如是回收后出售价值是 10000 元的电池,华友循环最多报 6500 元收购,非“白名单”企业则可能出到 7500 元,而这个价格超出了华友循环的盈利标准,根本拿不下来。华友循环是第一批进入“白名单”的企业之一。在“白名单”企业和小作坊之外,还有一些更加不正规的电池收购商。通过关系去收集 4S 店或废弃回收站里的动力电池,使用原始、低成本的手工方式拆解电池,提取钴、锂等贵金属出售。不管是拆解过程还是后续处理,都有很大的安全和环境污染隐患。由于存在很多不规范的主体,分流了电池回收数量,所以 2020 年动力电池回收高峰没有如“白名单”企业所愿如约到来。据《经济观察报》报道,2020 年回收量增长的幅度还没到“高峰期”。如果把“白名单”回收企业 2020 年的回收量加起来,会发现比整个市场应有的回收量差非常远。但随着中国新能源汽车产销量的提高,退役动力电池势必会不断增多——据公安部交通管理局 2021 年 1 月 7 日公布的数据,新能源汽车增量已经连续三年超过 100 万辆,持续高速增长。截至 2020 年底,中国新能源汽车保有量达 492 万辆,比 2019 年增加 111 万辆,增长 29.18%。其中,纯电动车保有量 400 万辆,占新能源汽车总量的 81.32%。冗长的链条和混杂的主体,注定了新能源汽车电池回收不是一件容易事,但它对于环保以及整个新能源造车生态都是一个必须解决的事。

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锂电池在低温下成功运行,推动电池技术进一步发展

现阶段,锂离子电池已经成为电动汽车最重要的动力源,其发展经历了三代技术的发展,其中,钴酸锂正极为第一代,锰酸锂和磷酸铁锂为第二代,三元技术则为第三代。随着正负极材料向着更高克容量的方向发展和安全性技术的日渐成熟、完善,更高能量密度的电芯技术正在从实验室走向产业化,应用到更多场景里。事实上,锂金属电池之所以被寄予厚望,是因为与当前普通的石墨/铜混合材料相比,纯锂金属阳极具有出色的能量密度。凭借着高能量密度、高安全性的优势,锂离子电池在短短的十几年的时间里,已经彻底占领了消费电子市场,取得了瞩目的成就。作为在循环过程中于电池两极间来回携带锂离子的溶液,电解质在一块电池中的重要性不言而喻。通常情况下,低温电池需要额外的加热系统。但现在,加州大学圣迭戈(UCSD)研究团队正在开发的这种锂金属电池,却有望在极端低温下进行高效的充放电。研究人员的目的正是开发出一种不会冻结的电解液,并且能够在低温下保持锂离子在电极之间的流动性。事实上,到目前为止,许多研究都集中在选择不易冻结的电解质,并能保持锂离子在电极之间快速移动。在这项研究中,研究人员发现,不一定是电解液移动离子的速度有多快,而是电解液释放离子并将其沉积在阳极上的容易程度。研究人员通过比较两种电解质的电池性能得出了这些发现:一种与锂离子结合较弱,另一种与锂离子结合较强。含弱结合电解质的锂金属电池在-60摄氏度时整体表现较好,50次循环后仍能保持强劲运行。相反,具有强结合电解质的电池在仅仅两个周期后就停止工作。循环电池后,研究人员将它们分开,比较阳极上的锂金属沉积物。两者的区别也很明显。在弱结合电解质的细胞中,沉积物光滑均匀,而在强结合电解质的细胞中,沉积物呈块状和针状。在测试中,实验结果显示,电池在-40摄氏度和-60摄氏度的温度下,分别在50次循环中保持了84%和76%的容量。研究人员表示,这样的表现是前所未有的。针对此类概念验证电池的进一步研究表明,弱结合电解质能够让离子更均匀地沉积在电池阳极上,而强结合电解质则会导致块状和针状的沉积(枝晶)。而枝晶是改善锂电池性能的另一个重要公关方向,因其可能导致电池发生短路失效等严重故障。当前,社会已经步入新能源时代,在新能源时代里,电气化是一个必然的趋势,锂离子电池主导的世界也正在为其他即将商业化的新兴电池技术打开重要的新市场机遇。而突破性地电池技术也将在未来的能源系统中发挥核心作用,把人类向远方推去。

作者: 陈根 详情
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铅酸蓄电池采用哪种方式充电

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

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

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

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固态电池的冲击 钴锂企业方向何在?

上海有色网新能源分析师袁野近日表示,固态电池将实现电解质全固态及负极金属锂的蜕变,但电导率,安全性,稳定性及高成本等问题仍需解决。高镍正极,碳酸锂,硅碳负极等领域企业将因固态电池而产生新机遇,而电解液及隔膜企业将因此产生冲击。近期各大车企频繁发布固态电池,长续航,快充等“黑科技”,如1月9日,蔚来日正式发布150kWh电池包,可实现360Wh/kg的能量密度,并定于2022年第四季度对外交付,蔚来下一步将在新车型使用续航1000公里的固态电池;丰田的固态电池可以实现充电10分钟,续航500公里,丰田计划于2022年推出固态电池原型车等。那固态电池到底是什么,和传统锂电有什么不一样?相较于锂电池,固态电池从能量密度,安全性,成本方面均优于锂电。固态电池拥有更高的能量密度上限;由于特定的结构差异,固态电池拥有更高的安全性;规模化生产下,固态电池成本有望低于锂电池。主流企业进展固态电池将进入小规模应用期,并于2025年实现量产,突破500Wh/kg的能量密度瓶颈。目前龙头汽车已布局固态电池,2025年左右实现小规模量产。美国外国投资委员会(CFIUS)同意其向电池技术公司 QuantumScape 投资 1 亿美元,并将加入 QuantumScape 董事会;QuantumScape 是斯坦福大学(Stanford University)的衍生公司。通过该项 投资,两家公司成立了合资公司,计划到 2025 年前将固态电池技术推向市场。2021年1月19日,宁德时代(300750)公开两项专利“一种固态电解质的制备方法”“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”两种固态电池相关专利。2020年7月披露,赣锋锂业(002460)第一代2亿瓦时固态电池中试线已经顺利投产,产品性能全面达到公司固态电池研发团队研制样品的水平,正积极与德国大众等车厂客户对接固态电池的上车合作事宜。2020年7月3日,辉能科技大陆区总部及全球产业基地项目在杭州临安区人民政府签约,总投资额达380亿元。项目包括建设2GWh、5GWh固态锂陶瓷电池芯产业化项目,并将考虑与车企合资建置产线等。项目全部建成达产后,预计将实现年销售产值300亿元以上。2020年6月,大众再次对固态电池开发商QuantumScap增资2亿美元,大众宣称,通过QuantumScape的固态电池,大众可实现e-Golf综合续航里程从300公里提升至750公里,大众将与QuantumScape共同投资,在2025年建成一条固态电池生产线。固态电池对钴锂的影响钴方面,尽管降钴趋势仍在,但也需综合考虑成本及收益;无论是固态电池里的高镍电池、无钴电池等,技术研发突破仍需时日。若钴价无大幅波动,作为其中主要起稳定作用的稀有金属,预计全球2020-2023年新能源汽车行业对钴需求量仍将增加。锂方面,固态电池正极仍为高镍材料,高镍正极材料中的锂原料主要为电池级氢氧化锂,高镍化趋势下,对氢氧化锂需求增量可观;而固态电池“预锂化”对金属锂需求将有明显增量。行业发展的机遇固态电池将实现电解质全固态及负极金属锂的蜕变,但电导率,安全性,稳定性及高成本等问题仍需解决;高镍正极,碳酸锂,硅碳负极等领域企业将因固态电池而产生新机遇,而电解液及隔膜企业将因此产生冲击。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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退役磷酸铁锂电池“余热”难发挥

中国汽车动力电池产业创新联盟日前发布的数据显示,2020年国内动力电池累计销量达65.9GWh。其中,磷酸铁锂电池累计销售30.8GWh,同比增长49.2%,成为销量同比唯一增长的动力电池类型。与此同时,2020年退役动力电池累计已达20万吨。预计到2025年,我国动力电池退役量将超过73万吨。在新能源汽车保有量较大的京津冀、长三角以及珠三角地区,2021年前动力电池累计退役量已超过35GWh,未来5年这一数值或将达280GWh。而大量装车的磷酸铁锂电池也将在4-6年后面临大批量退役。在此背景下,如何更好地处理退役磷酸铁锂电池成为行业亟需解决的问题。若大量退役动力磷酸铁锂电池无法得到妥善回收和利用,不仅浪费资源,还将带来环境污染等问题事实上,此前在鼓励长续驶里程、追求高能量密度的政策引导下,安全性较高但能量密度较低的磷酸铁锂电池一度被边缘化,而能量密度较高的三元锂电池备受市场青睐。但随着新能源汽车补贴大幅退坡,热门车型接连降价,同时,新能源汽车自燃事故频频发生,成本和安全性成为摆在新能源汽车企业面前的难题,为磷酸铁锂电池的逆袭提供了条件。同时,热销车型宏光MINIEV、特斯拉Model3、比亚迪·汉三款车型占据了磷酸铁锂电池乘用车2020年上险车型销量前三甲,这三款车也让磷酸铁锂电池“大火”。磷酸铁锂电池得以重新回到人们的视线。据了解,目前磷酸铁锂电池每千瓦时的价格大约为500-600元,而三元锂电池则在800元左右。同时,一直令人担忧的磷酸铁锂能量密度也得到了改善。伊维经济研究院研究部总经理吴辉告诉记者,虽然磷酸铁锂电池单体能量密度并没有很大提升,但已经通过结构创新提高了系统能量密度,例如刀片电池和CTP电池等。但目前我国动力电池回收行业还处于起步阶段,尤其是磷酸铁锂电池在回收利用环节面临诸多窘境,若大量退役的动力磷酸铁锂电池无法得到妥善回收和利用,不仅浪费资源,还将带来环境污染等问题。正规动力电池回收企业回收1吨磷酸铁锂电池的成本为8500元,而1吨磷酸铁锂废电池中提取出来的材料价值也不过8000元左右记者了解到,退役动力电池的利用分为梯次利用和再生利用两种形式。退役的三元锂电池随循环次数的增多,其容量呈现快速衰减趋势,且安全性相对较差,所以一般会对其进行破碎、拆解和冶炼等处理,以实现镍、钴、锰、锂等资源的再生利用;而退役的磷酸铁锂电池则仍具有较好的循环性和安全性,因此会先对其进行梯次利用,再进行再生利用。一般而言,磷酸铁锂电池在梯次利用后多用于低速电动车和储能领域,但受访者均表示,近几年动力电池技术迭代较快,现在退役的磷酸铁锂电池基本上都是4、5年前生产的,与现在生产的电池性能差距较大,大部分低速电动车企业并不会选择搭载梯次利用后的磷酸铁锂电池。“现在磷酸铁锂电池梯次利用效果并不理想,几年前生产的电池稳定性较差,梯次利用后也卖不出好价格,大概只有0.1-0.2元/Wh。”一位锂电池回收业内人士告诉记者。吴辉认为,目前磷酸铁锂电池梯次利用在技术上相对成熟,但成本较高。“如果技术达到一定水平、成本下降到合理范围,淘汰的电池还是有优势的。”吴辉表示,电池成本在未来不可能像前几年那样快速、大幅下降,退役电池的梯次利用在未来肯定有优势。锂电池回收高级研究员唐小林向记者坦言:“不能梯次利用的废旧磷酸铁锂电池虽卖不到好价格,但梯次利用厂家也不用出处理费和运费,一般是积累到一定量后由磷酸铁锂再生利用厂家运走。未来退役磷酸铁锂电池的数量增加或锂盐涨价,这种状况会有所改善。”据了解,回收企业对于退役磷酸铁锂电池并不十分感兴趣。相关资料显示,如果加上税收和废弃物处理成本,正规动力电池回收企业回收一吨磷酸铁锂电池的成本为8500元,而一吨磷酸铁锂废电池中提取出来的材料价值也不过8000元左右。“目前整个回收渠道比较混乱,正规企业成本偏高,出现很多中间商倒卖退役电池,导致正规企业收不到电池无法盈利”随着磷酸铁锂电池热度的持续攀升,有业内人士指出,与三元电池相比,磷酸铁锂电池回收利用率低、缺乏盈利点,甚至“亏本”,这导致磷酸铁锂电池回收不仅不能带来经济效益,反而会成为拖累。吴辉表示:“磷酸铁锂电池虽然价值较低,回收价值不高,回收后再销售的收入偏低,但收购时的价格也不高。”对于4-6年后将会有大规模磷酸铁锂电池退役的预测,受访人士均认为,不管磷酸铁锂电池还是三元锂电池,只要退役数量达到一定规模,产生规模效应,对回收行业整体就能起到积极作用,企业也能实现盈利。“目前整个回收渠道比较混乱,正规企业成本偏高,出现很多中间商倒卖退役电池,导致正规企业收不到电池无法盈利。”吴辉坦言。华友循环总经理鲍伟则表示,“退役电池应该走向龙头企业,但现在实际情况并非如此,龙头企业的全部回收量还不到退役电池的30%。”数据显示,截至2020年初,我国经营范围含“电池回收”的企业数量约有3000余家,仅2019年新增企业就超过700家,但这其中的“正规军“少之又少。2018年,工信部公布了第一批符合《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,仅有5家企业入围,而到2020年,入围的企业数也仅增加了22家。“参与回收的企业过多,回收的价格就会更高。”前述锂电池回收业内人士表示,产能过剩是现在动力电池回收行业面临的一大难题。“不用担心退役电池没人收,现有的企业已经足够多了,赛道已经‘塞车’。”事实上,早在2018年,七部委联合印发的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》就指出,汽车生产企业作为责任主体,应建立动力蓄电池回收渠道,负责回收新能源汽车使用及报废后产生的废旧动力蓄电池。鲍伟认为,无论是直接回收还是梯次利用,都需要动力电池上下游企业发挥合力。“整车企业可以和退役电池综合利用企业进行更好的合作,并积极创新盈利模式。”

作者: 杨梓 详情
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新材料将锂离子电池容量增加3倍

俄罗斯国立研究型工艺技术大学科研人员合成了一种新的纳米材料,可以取代目前在锂离子电池中使用的低效石墨,从而提高了锂离子电池的容量,延长了使用寿命。相关研究结果发表在《合金与化合物》杂志上。国立研究型工艺技术大学功能纳米系统与高温材料系研究人员叶夫根尼·科列斯尼科夫说:“我们获得的化合物Cu0.4Zn0.6Fe2O4多孔纳米微球作为阳极材料,其容量是市场上现有电池的3倍,同时,与其他有前途的替代品相比,其充放电循环次数增加了4倍。这种改进依靠的是特殊的纳米结构和所用元素之间的协同效应。”由于使用喷雾热解法,最终材料的合成可以一步完成,没有中间步骤。为此,科学家解释说,借助于超声波将含有所需金属离子的水溶液转化为雾,然后在高达1200℃的温度下蒸发溶剂和分解原始金属盐。结果获得具有在锂离子系统中工作所需孔隙率的微米或亚微米球。

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。

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2021年中国铅酸蓄电池行业发展现状与供需情况分析

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

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美国能源部发布的“储能大挑战”报告(三):锂离子电池和铅蓄电池

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

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

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

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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锂电池在低温下成功运行,推动电池技术进一步发展

现阶段,锂离子电池已经成为电动汽车最重要的动力源,其发展经历了三代技术的发展,其中,钴酸锂正极为第一代,锰酸锂和磷酸铁锂为第二代,三元技术则为第三代。随着正负极材料向着更高克容量的方向发展和安全性技术的日渐成熟、完善,更高能量密度的电芯技术正在从实验室走向产业化,应用到更多场景里。事实上,锂金属电池之所以被寄予厚望,是因为与当前普通的石墨/铜混合材料相比,纯锂金属阳极具有出色的能量密度。凭借着高能量密度、高安全性的优势,锂离子电池在短短的十几年的时间里,已经彻底占领了消费电子市场,取得了瞩目的成就。作为在循环过程中于电池两极间来回携带锂离子的溶液,电解质在一块电池中的重要性不言而喻。通常情况下,低温电池需要额外的加热系统。但现在,加州大学圣迭戈(UCSD)研究团队正在开发的这种锂金属电池,却有望在极端低温下进行高效的充放电。研究人员的目的正是开发出一种不会冻结的电解液,并且能够在低温下保持锂离子在电极之间的流动性。事实上,到目前为止,许多研究都集中在选择不易冻结的电解质,并能保持锂离子在电极之间快速移动。在这项研究中,研究人员发现,不一定是电解液移动离子的速度有多快,而是电解液释放离子并将其沉积在阳极上的容易程度。研究人员通过比较两种电解质的电池性能得出了这些发现:一种与锂离子结合较弱,另一种与锂离子结合较强。含弱结合电解质的锂金属电池在-60摄氏度时整体表现较好,50次循环后仍能保持强劲运行。相反,具有强结合电解质的电池在仅仅两个周期后就停止工作。循环电池后,研究人员将它们分开,比较阳极上的锂金属沉积物。两者的区别也很明显。在弱结合电解质的细胞中,沉积物光滑均匀,而在强结合电解质的细胞中,沉积物呈块状和针状。在测试中,实验结果显示,电池在-40摄氏度和-60摄氏度的温度下,分别在50次循环中保持了84%和76%的容量。研究人员表示,这样的表现是前所未有的。针对此类概念验证电池的进一步研究表明,弱结合电解质能够让离子更均匀地沉积在电池阳极上,而强结合电解质则会导致块状和针状的沉积(枝晶)。而枝晶是改善锂电池性能的另一个重要公关方向,因其可能导致电池发生短路失效等严重故障。当前,社会已经步入新能源时代,在新能源时代里,电气化是一个必然的趋势,锂离子电池主导的世界也正在为其他即将商业化的新兴电池技术打开重要的新市场机遇。而突破性地电池技术也将在未来的能源系统中发挥核心作用,把人类向远方推去。

作者: 陈根 详情
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固态电池的冲击 钴锂企业方向何在?

上海有色网新能源分析师袁野近日表示,固态电池将实现电解质全固态及负极金属锂的蜕变,但电导率,安全性,稳定性及高成本等问题仍需解决。高镍正极,碳酸锂,硅碳负极等领域企业将因固态电池而产生新机遇,而电解液及隔膜企业将因此产生冲击。近期各大车企频繁发布固态电池,长续航,快充等“黑科技”,如1月9日,蔚来日正式发布150kWh电池包,可实现360Wh/kg的能量密度,并定于2022年第四季度对外交付,蔚来下一步将在新车型使用续航1000公里的固态电池;丰田的固态电池可以实现充电10分钟,续航500公里,丰田计划于2022年推出固态电池原型车等。那固态电池到底是什么,和传统锂电有什么不一样?相较于锂电池,固态电池从能量密度,安全性,成本方面均优于锂电。固态电池拥有更高的能量密度上限;由于特定的结构差异,固态电池拥有更高的安全性;规模化生产下,固态电池成本有望低于锂电池。主流企业进展固态电池将进入小规模应用期,并于2025年实现量产,突破500Wh/kg的能量密度瓶颈。目前龙头汽车已布局固态电池,2025年左右实现小规模量产。美国外国投资委员会(CFIUS)同意其向电池技术公司 QuantumScape 投资 1 亿美元,并将加入 QuantumScape 董事会;QuantumScape 是斯坦福大学(Stanford University)的衍生公司。通过该项 投资,两家公司成立了合资公司,计划到 2025 年前将固态电池技术推向市场。2021年1月19日,宁德时代(300750)公开两项专利“一种固态电解质的制备方法”“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”两种固态电池相关专利。2020年7月披露,赣锋锂业(002460)第一代2亿瓦时固态电池中试线已经顺利投产,产品性能全面达到公司固态电池研发团队研制样品的水平,正积极与德国大众等车厂客户对接固态电池的上车合作事宜。2020年7月3日,辉能科技大陆区总部及全球产业基地项目在杭州临安区人民政府签约,总投资额达380亿元。项目包括建设2GWh、5GWh固态锂陶瓷电池芯产业化项目,并将考虑与车企合资建置产线等。项目全部建成达产后,预计将实现年销售产值300亿元以上。2020年6月,大众再次对固态电池开发商QuantumScap增资2亿美元,大众宣称,通过QuantumScape的固态电池,大众可实现e-Golf综合续航里程从300公里提升至750公里,大众将与QuantumScape共同投资,在2025年建成一条固态电池生产线。固态电池对钴锂的影响钴方面,尽管降钴趋势仍在,但也需综合考虑成本及收益;无论是固态电池里的高镍电池、无钴电池等,技术研发突破仍需时日。若钴价无大幅波动,作为其中主要起稳定作用的稀有金属,预计全球2020-2023年新能源汽车行业对钴需求量仍将增加。锂方面,固态电池正极仍为高镍材料,高镍正极材料中的锂原料主要为电池级氢氧化锂,高镍化趋势下,对氢氧化锂需求增量可观;而固态电池“预锂化”对金属锂需求将有明显增量。行业发展的机遇固态电池将实现电解质全固态及负极金属锂的蜕变,但电导率,安全性,稳定性及高成本等问题仍需解决;高镍正极,碳酸锂,硅碳负极等领域企业将因固态电池而产生新机遇,而电解液及隔膜企业将因此产生冲击。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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退役磷酸铁锂电池“余热”难发挥

中国汽车动力电池产业创新联盟日前发布的数据显示,2020年国内动力电池累计销量达65.9GWh。其中,磷酸铁锂电池累计销售30.8GWh,同比增长49.2%,成为销量同比唯一增长的动力电池类型。与此同时,2020年退役动力电池累计已达20万吨。预计到2025年,我国动力电池退役量将超过73万吨。在新能源汽车保有量较大的京津冀、长三角以及珠三角地区,2021年前动力电池累计退役量已超过35GWh,未来5年这一数值或将达280GWh。而大量装车的磷酸铁锂电池也将在4-6年后面临大批量退役。在此背景下,如何更好地处理退役磷酸铁锂电池成为行业亟需解决的问题。若大量退役动力磷酸铁锂电池无法得到妥善回收和利用,不仅浪费资源,还将带来环境污染等问题事实上,此前在鼓励长续驶里程、追求高能量密度的政策引导下,安全性较高但能量密度较低的磷酸铁锂电池一度被边缘化,而能量密度较高的三元锂电池备受市场青睐。但随着新能源汽车补贴大幅退坡,热门车型接连降价,同时,新能源汽车自燃事故频频发生,成本和安全性成为摆在新能源汽车企业面前的难题,为磷酸铁锂电池的逆袭提供了条件。同时,热销车型宏光MINIEV、特斯拉Model3、比亚迪·汉三款车型占据了磷酸铁锂电池乘用车2020年上险车型销量前三甲,这三款车也让磷酸铁锂电池“大火”。磷酸铁锂电池得以重新回到人们的视线。据了解,目前磷酸铁锂电池每千瓦时的价格大约为500-600元,而三元锂电池则在800元左右。同时,一直令人担忧的磷酸铁锂能量密度也得到了改善。伊维经济研究院研究部总经理吴辉告诉记者,虽然磷酸铁锂电池单体能量密度并没有很大提升,但已经通过结构创新提高了系统能量密度,例如刀片电池和CTP电池等。但目前我国动力电池回收行业还处于起步阶段,尤其是磷酸铁锂电池在回收利用环节面临诸多窘境,若大量退役的动力磷酸铁锂电池无法得到妥善回收和利用,不仅浪费资源,还将带来环境污染等问题。正规动力电池回收企业回收1吨磷酸铁锂电池的成本为8500元,而1吨磷酸铁锂废电池中提取出来的材料价值也不过8000元左右记者了解到,退役动力电池的利用分为梯次利用和再生利用两种形式。退役的三元锂电池随循环次数的增多,其容量呈现快速衰减趋势,且安全性相对较差,所以一般会对其进行破碎、拆解和冶炼等处理,以实现镍、钴、锰、锂等资源的再生利用;而退役的磷酸铁锂电池则仍具有较好的循环性和安全性,因此会先对其进行梯次利用,再进行再生利用。一般而言,磷酸铁锂电池在梯次利用后多用于低速电动车和储能领域,但受访者均表示,近几年动力电池技术迭代较快,现在退役的磷酸铁锂电池基本上都是4、5年前生产的,与现在生产的电池性能差距较大,大部分低速电动车企业并不会选择搭载梯次利用后的磷酸铁锂电池。“现在磷酸铁锂电池梯次利用效果并不理想,几年前生产的电池稳定性较差,梯次利用后也卖不出好价格,大概只有0.1-0.2元/Wh。”一位锂电池回收业内人士告诉记者。吴辉认为,目前磷酸铁锂电池梯次利用在技术上相对成熟,但成本较高。“如果技术达到一定水平、成本下降到合理范围,淘汰的电池还是有优势的。”吴辉表示,电池成本在未来不可能像前几年那样快速、大幅下降,退役电池的梯次利用在未来肯定有优势。锂电池回收高级研究员唐小林向记者坦言:“不能梯次利用的废旧磷酸铁锂电池虽卖不到好价格,但梯次利用厂家也不用出处理费和运费,一般是积累到一定量后由磷酸铁锂再生利用厂家运走。未来退役磷酸铁锂电池的数量增加或锂盐涨价,这种状况会有所改善。”据了解,回收企业对于退役磷酸铁锂电池并不十分感兴趣。相关资料显示,如果加上税收和废弃物处理成本,正规动力电池回收企业回收一吨磷酸铁锂电池的成本为8500元,而一吨磷酸铁锂废电池中提取出来的材料价值也不过8000元左右。“目前整个回收渠道比较混乱,正规企业成本偏高,出现很多中间商倒卖退役电池,导致正规企业收不到电池无法盈利”随着磷酸铁锂电池热度的持续攀升,有业内人士指出,与三元电池相比,磷酸铁锂电池回收利用率低、缺乏盈利点,甚至“亏本”,这导致磷酸铁锂电池回收不仅不能带来经济效益,反而会成为拖累。吴辉表示:“磷酸铁锂电池虽然价值较低,回收价值不高,回收后再销售的收入偏低,但收购时的价格也不高。”对于4-6年后将会有大规模磷酸铁锂电池退役的预测,受访人士均认为,不管磷酸铁锂电池还是三元锂电池,只要退役数量达到一定规模,产生规模效应,对回收行业整体就能起到积极作用,企业也能实现盈利。“目前整个回收渠道比较混乱,正规企业成本偏高,出现很多中间商倒卖退役电池,导致正规企业收不到电池无法盈利。”吴辉坦言。华友循环总经理鲍伟则表示,“退役电池应该走向龙头企业,但现在实际情况并非如此,龙头企业的全部回收量还不到退役电池的30%。”数据显示,截至2020年初,我国经营范围含“电池回收”的企业数量约有3000余家,仅2019年新增企业就超过700家,但这其中的“正规军“少之又少。2018年,工信部公布了第一批符合《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,仅有5家企业入围,而到2020年,入围的企业数也仅增加了22家。“参与回收的企业过多,回收的价格就会更高。”前述锂电池回收业内人士表示,产能过剩是现在动力电池回收行业面临的一大难题。“不用担心退役电池没人收,现有的企业已经足够多了,赛道已经‘塞车’。”事实上,早在2018年,七部委联合印发的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》就指出,汽车生产企业作为责任主体,应建立动力蓄电池回收渠道,负责回收新能源汽车使用及报废后产生的废旧动力蓄电池。鲍伟认为,无论是直接回收还是梯次利用,都需要动力电池上下游企业发挥合力。“整车企业可以和退役电池综合利用企业进行更好的合作,并积极创新盈利模式。”

作者: 杨梓 详情
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新材料将锂离子电池容量增加3倍

俄罗斯国立研究型工艺技术大学科研人员合成了一种新的纳米材料,可以取代目前在锂离子电池中使用的低效石墨,从而提高了锂离子电池的容量,延长了使用寿命。相关研究结果发表在《合金与化合物》杂志上。国立研究型工艺技术大学功能纳米系统与高温材料系研究人员叶夫根尼·科列斯尼科夫说:“我们获得的化合物Cu0.4Zn0.6Fe2O4多孔纳米微球作为阳极材料,其容量是市场上现有电池的3倍,同时,与其他有前途的替代品相比,其充放电循环次数增加了4倍。这种改进依靠的是特殊的纳米结构和所用元素之间的协同效应。”由于使用喷雾热解法,最终材料的合成可以一步完成,没有中间步骤。为此,科学家解释说,借助于超声波将含有所需金属离子的水溶液转化为雾,然后在高达1200℃的温度下蒸发溶剂和分解原始金属盐。结果获得具有在锂离子系统中工作所需孔隙率的微米或亚微米球。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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基于特征处理与径向基神经网络的锂电池剩余容量估算方法

摘 要: 为解决锂电池可用容量估算过程中精度与效率难以兼顾的问题,本文提出了一种基于特征处理与径向基神经网络的锂电池剩余容量估计方法。首先由电池充电过程数据中提取与剩余可用容量相关联的特征量,然后运用局部异常因子算法对特征量中异常点进行精准清洗,提高特征量所含有效信息量,再通过局部线性嵌入降维算法对所得特征向量组进行降维处理,减少数据复杂度,最后,引入径向基神经网络建立起剩余容量的估算模型。在不同型号电池上应用该模型进行了验证,估算结果的最大平均绝对误差为0.06,最大均方根误差为0.05,表明该模型能够有效估计锂电池的剩余可用容量并有较强的鲁棒性。与Elman神经网络和BP神经网络算法相比,在保证高精度的同时该方法有更快的估算效率。关键词: 锂离子电池;特征处理;径向基神经网络;容量估计锂电池因具有能量密度高、循环寿命长、成本价格低、环保污染小等优点而成为目前电动汽车动力电池的最佳选择。在实际应用中,由于电池内部锂离子的活性会逐渐下降,导致锂电池的可用容量会在使用过程中有所损失,直接影响其剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)。因此,为高效利用锂离子电池,有效估计当前锂电池的剩余可用容量,进而时时诊断其健康状态(state of health,SOH)是电池管理系统(battery management system,BMS)的重要功能。当前,研究人员已提出多种估算方法来获得可用容量,主要分为基于贝叶斯的方法、经验拟合的方法和数据驱动算法等。基于贝叶斯的方法包含卡尔曼滤波以及粒子滤波及其他相关改进算法。文献采用双扩展卡尔曼滤波算法同时获得模型参数和当前电池状态,但此方法在电池循环寿命后期表现不佳。针对这一问题,文献采用自适应无迹卡尔曼滤波算法,通过更新噪声协方差矩阵实现了SOH和RUL的多步预测,提高了电池全寿命周期内的估计精度。文献采用无迹粒子滤波来估计锂电池的RUL,实际估算相对误差小于5%。以上基于贝叶斯的方法利用闭环滤波算法来估计电池健康状态的关键参数,对建模误差和测量误差具有较强的鲁棒性,但是建模过程复杂,实际估算过程计算量较大。在采用各种滤波算法之外,经验拟合的方法也被用于锂电池的状态估计领域。文献考虑锂离子电池的使用时间、充放电倍率和温度等条件,建立起广义电池寿命模型,实现对同一类电池健康状态的有效估计。文献结合锂电池衰退后固态电解质界面层的生长和活性物质的损失情况建立电池老化模型,并采用递推最小二乘法估计模型参数,结果表明该方法所得结果相对误差小于1%。经验拟合的方法一般是在工程经验或电化学知识的基础上建立老化模型,精度较高,但是模型拟合需要大量的测试数据。并且,特定模型往往只能有效估计特定类型的电池或者特定老化情况下的电池状态,灵活性较差。如今,随着大数据和人工智能的快速发展,数据驱动的方法也被广泛应用于电池的状态估计。文献提出一种基于先验神经网络和马尔可夫链的SOH估计方法,结果表明即使在不确定的外部条件下,该方法仍能够有效估算电池的内部状态。文献采用具有自动相关确定结构的高斯过程回归算法(gaussian process regression,GPR)得到电池容量、温度和荷电状态(state of charge,SOC)之间的映射,实现对锂电池的多状态同时估计。文献采用长短期记忆神经网络进一步优化GPR模型的结构,得到估算精度较高的估算模型。以上基于数据驱动的方法是一种黑箱模型,具有灵活智能的优点,但黑箱模型对训练数据集的好坏较敏感,较少的数据集会使模型得不到有效的训练,较多的数据集则有可能会导致模型复杂冗余,且可能造成模型的过拟合。为了解决采用数据驱动方法难以获得高效特征集的问题,本文基于特征处理与径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络进行了锂电池剩余容量的估算,在保证精度的同时提高了估算效率。首先,采用局部离群因子方法对充电过程中提取的容量特征量进行优化处理,获得特征信息更集中的数据集,并对所获得的数据集进行特征选择,进一步降低数据的复杂度以提高估算效率,然后利用简洁高效的径向基神经网络建立剩余可用容量估计模型,并最终实现对锂离子电池剩余可用容量的快速准确估算。1 锂电池循环老化实验为研究动力锂电池衰退后可用容量随电池使用循环的变化情况,本文对两种规格的三元锂离子动力电池在室温条件下进行连续的恒流充放循环老化实验,操作流程见图1,电池相关信息如表1所示。实验采用美国Arbin公司开发的BT-5HC-5V-100A电池测试系统进行。图1   电池循环老化实验流程表1   测试电池基本参数容量衰退实验完成后共得到四组电池单体全寿命循环测试数据,分别标号为电池A-1、电池B-2、电池B-3、电池B-4,其中电池A-1为A型号锂电池,其它3组为B型号锂电池。以电池A-1为例,某一循环的容量衰退实验电压与电流变化如图2所示,每个测试循环均由恒流充电、恒压充电、搁置、恒流放电、搁置等5部分组成,其中A型号恒流充电过程电流大小为2 A,B型号为1.275A,A型号恒压充电过程截止电流为80 mA,B型号为51 mA,A型号恒流放电过程电流为8 A,B型号为5.1 A。图2   循环测试过程电压与电流变化2 放电容量估算实现方案2.1 容量衰退特征处理2.1.1 特征量获取在实际的应用过程中,考虑到锂电池的充电过程均为恒流恒压充电模式,对不同型号的电池具有一致性,而放电过程则因实际使用情况而存在差异,难以提取到稳定的特征量。因此,本文在充电阶段的实验数据中提取7组与锂电池剩余可用容量相关的特征量,并根据数据来源划分为两类。第一类为根据传感器直接采集数据获得的特征量。分别将恒流充电阶段的充电时间CC-T、充电容量CC-C、恒压充电阶段的充电时间CV-T、充电容量CV-C作为特征量。以电池A-1为例,所提取的第一类特征量如图3所示。图3   电池A-1的特征量第二类特征量为对传感器直接采集数据进一步挖掘所得到的特征量。其中,恒流充电阶段容量增量(incremental capacity,IC)曲线的峰值是有效表征锂电池内部理化特性的状态量,IC曲线定义为容量与电压的微分,见式(1)式中,Vt代表t时刻的电池端电压。在恒流充电模式下,电流为恒定值,当取极小的时间间隔图片时,式(1)是成立的,由此可以快速绘制出IC曲线。绘制的IC曲线如图4所示,滤波后,可见曲线呈现明显的峰值特征。将每一循环IC曲线的最大值作为第二类特征量,称为:Max-IC。此外,分别取恒流阶段充电时间与对应循环恒压阶段充电时间的比值:CC-T/CV-T和恒流阶段充电容量与对应循环恒压阶段充电容量的比值:CC-C/CV-C作为第二类相关特征量。电池A-1的第二类特征量如图5所示。图4   IC曲线滤波前后图5   电池A-1的特征量在实验数据的采集过程中,存在真实的电池特性数据与误差干扰数据掺杂混合的情况,在如图3、图5所示的两类特征量中,均存在有明显的数据离群点,而测试误差和电池自身衰退特性均会造成离群点的出现。因此,本文采用局部异常因子算法消除测试误差对特征量规律性的影响,保留锂电池衰退过程中真实理化特性所反映出的特点,有效提高特征量所含信息量,进而提高模型学习效率。局部异常因子算法(local outlier factor,LOF)是通过计算每个样本的局部离群因子来判断其离群程度,是一种基于密度的离群点检测方法。能够依据设定的阈值精准定位无效的离群点,避免了依据数据分布判别离群值的方法存在的误清洗有效数据的问题。特征量中采样点p邻域点的局部可达密度与点p的局部可达密度之比的平均数就表示为点p的局部离群因子,见式(2)式中,NK(p)表示点p的k距离邻域,点o为邻域内的某一点;lrdk(p),lrdk(o)分别表示点p与点o的局部可达密度。局部离群因子越接近1,说明点p与其邻域点的周围密度相差无几,p和邻域同属一簇的概率越高,反之,p点可能是异常点。图6显示了应用局部离群因子甄别A型号电池特征量CC-T中异常离群点结果,原始数据中点1~5均是明显可见的离群点,其中,点1和点2是由于测试环境所造成的异常值,需要进行平滑处理,而点3~5处数值的变化是电池的可用容量回升现象在特征量CC-T中的反映,不能一并进行平滑处理,在特征选择的过程中应将其予以保留。图6   异常离群点的甄别结果2.1.2 相关性检验为验证特征量与可用容量之间是否具有密切的相关性,需要选用合适的方法对两者进行相关性检验。考虑到特征量与可用容量之间的关系是高度非线性的,因此,需选用对特征数据分布没有要求的分析方法。斯皮尔曼等级(spearman rank)相关系数又称为“等级差数法”,其取值在-1到+1之间,绝对值接近1表明相关性越强。与其他积差相关系数相比,斯皮尔曼等级相关系数对于数据错误和极端值的反应不敏感,仅要求两个变量的观测值是成对的等级评定资料,或者是由连续变量观测资料转化得到的等级资料。不论两个变量的总体分布形态、样本容量的大小如何,斯皮尔曼等级相关系数均能够有效表征两者的相关程度。斯皮尔曼相关系数表示为式(3)式中,Ri和Si分别是观测值i的取值等级;R*和S*分别是变量x和y的平均等级;di=Ri-Si表示两列成对变量的等差级数;N是观测值的总数量。实验所得四组电池的循环放电容量与相应特征量之间的斯皮尔曼等级相关系数如表2所示,表中列出了经过异常离群点处理前后的相关性系数。结果显示,所提取的特征量与对应的剩余可用容量之间相关系数均在0.9左右,呈现出强相关性。且经LOF算法处理异常离群点之后,相关性系数均有提高,显著的增强了特征向量与对应循环容量之间的相关性。表2   特征量与可用容量的Spearman等级相关系数2.1.3 特征降维实际应用过程中,处理庞大的数据量会占用大量车载计算模块的计算能力,从而影响BMS的整体性能。本文采用局部线性嵌入算法(locally linear embedding,LLE)对特征数据集进行降维处理,减少系统所需的存储空间,加快计算速度。LLE属于流形学习的一种,在低维空间保持了原始高维空间样本邻域内的线性关系,能够较好的保持数据整体的几何结构和性质,适合应用于高度非线性数据的降维处理。LLE算法对高维数据进行低维映射分为以下几步。第一步:选取样本点的局部邻域点集P对于给定的数据集X={x1, x2, …, xN}∈ℛD×N,xi∈ℛD×1,i=1, 2, …, N,计算样本点的欧几里得距离,选取样本点xi邻域的k(k<N)个近邻点xij,j=1, 2, …, k。第二步:计算线性重构的系数矩阵ω如式(4)所示,定义均方差损失函数,求解样本点邻域的线性重构权重,构建局部重建权值矩阵。式中,xij表示点xi的第j个近邻点,ωij表示样本点xi邻域内第j个近邻点的重构权重,当xij不属于xi的邻域时,ωij=0。约束条件图片表示权值矩阵ω中的每一行相加为1。第三步:通过得到的权值矩阵ω得到样本集X的低维嵌入Y将所有样本点映射到低维空间ℛd,即将D维的向量X降维至d维,每一个高维向量xi对应一个低维向量yi,Y={y1, y2, …, yN}∈ℛd×N的映射条件为最小化映射损失函数,见式(5)对Y的求解等价于求解一定约束条件下的稀疏矩阵的特征向量,采用拉格朗日乘子法即可得到低维空间上的映射结果。2.2 基于RBF神经网络的容量估算模型构建完成特征处理后,本文采用RBF神经网络开展了锂电池容量衰退模型的构建,RBF神经网络是一种在函数逼近、数据挖掘等应用场景下前馈神经网络。其结构简洁,采用局部响应、局部逼近的原理训练网络,与全局响应的BP神经网络等算法相比有收敛速度更快的优点,并且RBF神经网络的隐层神经元的激活函数是非线性函数,使得该网络可以逼近任意非线性函数。其结构由输入层、隐含层、输出层等三层构成一个多输入多输出的前馈神经网络,如图7所示。图7   RBF神经网络结构模型数据由输入层节点传递到隐含层,隐含层节点一般由径向基函数构成,其中高斯径向基函数应用效果较好,而输出节点对隐含层的非线性运算结果进行线性运算为整个网络的最终结果。隐含层节点中高斯径向基函数见式(6)式中,x为s维输入向量;ci为第i个径向基函数的中心;δi为第i个神经元感知范围,其决定该基函数的中心宽度;m为隐含层神经元的个数;||x-ci||表示x和ci之间的欧氏距离。Y为网络的输出向量。输入层实现从x→Fi(x)的非线性映射,输出层实现从Fi(x)到Y的线性映射,即式(7)式中,Wi为第i个高斯径向基函数向输出层传递数据所附加的权值;W0为输出层的偏差项。采用误差反向传播算法对网络内部参数进行确定,如图8所示,首先初始化权值矩阵并设定网络训练的目标误差函数及误差目标,之后将训练集输入网络循环更新权值矩阵,直至达到误差目标,完成网络训练,此时的权值矩阵以及各神经元径向基函数的参数为最终网络的结构参数。图8   RBF神经网训练流程锂电池剩余可用容量估计流程如图9所示,主要分为离线估算模型建立和在线容量估计两部分。在离线阶段,对测得的锂电池循环充放实验数据进行预处理,作为RBF神经网络的训练数据集。从充电阶段的时间、电压、电流、容量、IC曲线中提取出一系列特征向量,通过局部离群因子法剔除特征向量中异常离群点,消除环境噪声对特征量的干扰,并采用斯皮尔曼相关系数检验平滑后特征量与容量之间的相关性。利用局部线性嵌入法对多维特征量进行降维,减小数据的复杂程度,提高模型的训练效率。最后,训练RBF网络中的内部参数,确定容量估算模型。在线部分采用与离线阶段相同的方式对数据进行预处理之后作为模型输入,训练良好的估算模型输出高效准确的容量估计值。图9   锂电池可用容量估算流程图3 估算结果与讨论3.1 模型估算结果3.1.1 不同训练量对结果的影响为提高网络的学习速度及预测精度,将降维后的特征向量进行归一化处理之后作为RBF神经网络的输入值,模型输出为所估算的放电容量。在数据驱动方法的实现过程中,多采用60%数据用于训练模型,40%用于测试模型[7]。为评估所建立模型的有效性和鲁棒性,本文中,分别划分每组数据中的50%、60%、70%作为训练集,其余的作为测试集。输入网络模型后,不同训练量下模型的训练测试结果如图10所示,分别采用均方误差(mean square error,MSE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)对模型预测部分的效果进行分析,如表3所示。图10   电池A-1、B-2、B-3和B-4训练测试结果表3   不同电池估算误差当60%的数据用来训练模型时,估计模型对四组实验电池的剩余可用容量输出了稳定有效的估算结果,测试区间的预测结果与实际采样数据非常接近。对比表3中的误差值,最大MAE出现在电池B-4的预测部分,仅为0.0494,MSE为0.0034,RMSE为0.0581,表明所建立的RBF神经网络估算模型对A、B两型号动力锂离子电池衰退后的容量均能做出较为精准的估算。由图10中可以看到,当训练数据量增加至70%时,模型的预测精度有所提高,最大MAE为0.0381,最大MSE为0.0022,最大RMSE为0.0472。当训练数据量减少至50%时,模型的估算精度只有略微降低,其中电池B-2的预测误差较大,最大MAE为0.1067,最大MSE为0.0137,最大RMSE为0.1171,其他电池的预测精度与在60%训练数据下的预测结果相差无几。表明所提出的估算模型有良好的泛化能力和较强的鲁棒性,能够在数据有所波动的情况下有效估计不同类型电池的可用容量。3.1.2 不同估算方法对比为进一步验证基于特征处理所建立的RBF神经网络估算模型的在估算精度和效率上的优势,将Elman神经网络估算方法、BP神经网络估算方法和本文提出的估算模型分别应用于估计锂离子电池全寿命周期的容量衰退情况,容量估算结果、估算误差及消耗时间如图11、表4和表5所示。图11   电池B-3预测电池B-2的结果(a)及电池B-4预测电池B-3的结果(b)表4   电池B-3预测电池B-2的估算误差及消耗时间表5   电池B-4预测电池B-3的估算误差及消耗时间图11(a)为三种不同模型对电池B-2的全寿命容量预测结果,所有模型的训练集均来自于电池B-3。图11(b)显示的是三种不同模型对电池B-3的全寿命容量预测结果,所有模型的训练集均来自于电池B-4。由预测结果可知,本文所提出的估算模型对电池B-2的容量预测结果相对误差除极少数据点在6%之外,其余均小于6%,且表征预测结果离散程度的RMSE仅为0.057,对电池B-3容量预测结果的相对误差则均在6%以内,显示出较高的估算精度。与具有循环结构的Elman神经网络和传统的BP神经网络相比较,Elman神经网络对电池B-2和电池B-3的容量预测结果整体亦在6%左右,最大MAE为0.0847,最大RMSE为0.0874,BP神经网络模型的预测结果中相对误差多数均大于6%,最大MAE为0.0723,最大RMSE为0.0869,而RBF神经网络模型对两电池容量预测结果的最大MAE为0.0612,最大RMSE为0.0570,在预测精度和模型稳定方面均体现出良好的实际使用优势。此外,由表4可知,在相同的运算处理条件下,在预测电池B-2的容量时,RBF神经网络所消耗的时间仅为0.99 s,Elman神经网络消耗时间为3.5 s,BP神经网络表现最差,消耗时间为8.5 s。根据表5可知,在预测电池B-3的容量时,RBF神经网络所消耗的时间为0.9 s,Elman神经网络消耗时间为3.5 s,BP神经网络则高达9.4 s。对比三种预测模型,可以看出本文所提出的剩余可用容量估算方法所消耗的时间分别约为Elman神经网络和BP神经网络的1/5和1/10,显示出较大的效率优势。3.2 离群点处理对估算结果的影响在容量估算的过程中,本文采用LOF算法对特征向量中异常离群点进行精确清洗。为体现不同异常值处理方法对模型估算结果的影响,对比了不处理离群点、应用Hampel滤波器平滑离群点和应用LOF算法清洗异常值三种处理方式对预测结果的影响,如图12和图13所示。所预测的剩余可用容量为电池B-3实验测得,电池A-1和电池B-4的实验数据为训练数据集。图12   不同异常值处理方式下容量估算结果图13   容量估算结果误差结果显示,未经处理的特征量经LLE算法降维之后输入RBF模型,其容量预测结果精度较差,最大误差接近1 A·h,且结果分布较为分散,这说明不对异常值进行处理,神经网络模型不能有效学习到特征量与容量之间的映射关系,得不到理想的预测结果。经Hampel滤波器平滑后的特征量在输入模型后对剩余可用容量估计的误差整体在0.2 A·h以内,但是,在电池循环寿命后期的估算效果较差。经LOF算法处理后的特征数据对应的容量估计误差则保持在0.2 A·h以内。在对出现容量回升现象循环的可用容量进行估算时,经Hampel滤波器处理之后所对应的估算结果与经LOF算法处理后所得到的估算结果相比有较大差距,在第113实验循环,两者的容量估算绝对误差分别为0.0253 A·h和0.1003 A·h,在第143实验循环分别为0.0158 A·h和0.1821 A·h。可见经LOF算法处理后的特征数据包含更细致的电池实际容量衰退信息,使估算模型能够更好的学习到锂电池容量衰退现象与特征量之间的关系,输出更为准确可靠的剩余可用容量值。4 结 论本文提出一种高效估算锂电池剩余可用容量的方法。由充电阶段的数据中提取7组与剩余容量相关特征向量,并采用LOF算法和LLE算法分别对多维特征量进行异常值精准甄别清洗和低维映射,提高特征值所含有效信息量的同时降低估算所需的计算需求,提升估算效率。在此基础上,利用RBF神经网络建立了容量估算模型。结果表明,该估算模型能够有效估算锂电池衰退后的剩余可用容量,与Elman神经网络模型和BP神经网络模型相比,在估算精度和估算效率方面均有较大优势。该方法能够实现对锂电池衰退后可用容量的高效、准确估算。引用本文: 陈峥,李磊磊,舒星等.基于特征处理与径向基神经网络的锂电池剩余容量估算方法[J].储能科学与技术,2021,10(01):261-270. (CHEN Zheng,LI Leilei,SHU Xing,et al.Efficient remaining capacity estimation method for LIB based on feature processing and the RBF neural network[J].Energy Storage Science and Technology,2021,10(01):261-270.)第一作者:陈峥(1982—),男,博士,教授,研究方向为动力电池状态估计,E-mail:chen@kust.edu.cn第一作者:申江卫,高级实验师,研究方向为动力电池状态估计,E-mail:shenjiangwei6@163.com。

作者: 陈峥 申江卫 详情
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锂电池开发商Enevate获8100万美元融资

我们从外媒获悉,锂离子电池技术开发商Enevate获得8100万美元的E轮融资,由富达管理研究公司领投,其现有投资者Mission Ventures和Infinite Potential Technologies也参加了这一轮融资。截止目前,Enevate共融资1.91亿美元,Enevate主要研发以硅为主导的锂离子电池技术。Enevate表示,此次融资将有助于大幅扩大其试生产线,帮助电动车厂商和其他电池客户通过使用Enevate硅阳极电池实现电池大规模生产。此次融得的资金还将帮助Enevate扩大规模和加速发展,如雇用更多员工,尤其是科学家和工程师。2020年1月,Enevate推出其第四代硅主导的电池技术,其电池能量密度可达800 Wh/L和340 Wh/kg。采用XFC-Energy技术(extreme fast charging,XFC)使得大型软包、方形和圆柱形电池(如可以堆叠或缠绕的柔性阳极)可以实现规模生产,适用于不同电池模块和电池组架构。Enevate与多家汽车制造商和电池制造商均有合作,帮助他们通过现有生产设备,以最少的额外投资推动新一代电动车的发展,从而解决电动车企业的客户痛点。与其他初创公司相比,Enevate拥有与硅锂离子电池技术相关的最大专利组合,还具有各种先进的锂离子电池创新技术,包括阳极、阴极、电解质、隔膜、构成、电池设计和电池结构。目前,Enevate在全球95%以上的电动汽车销售司法管辖区拥有专利。Enevate总部位于加利福尼亚州尔湾市,其投资者包括雷诺-日产-三菱联盟旗下的风险投资基金公司Alliance Ventures、韩国LG Chem、三星风险投资公司、德丰杰风险投资公司、青云创投、住友商事株式会社旗下Presidio Ventures、联想、易凯资本和泰国能源巨头Bangchak。(编译/汽车之家 姜澈)

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》。

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胡勇胜团队:钠离子电池标准制定的必要性

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

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

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

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

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

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

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

作者: 刘伯洵 详情
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新型储能电池为何“钠”么难

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

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

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

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钒电池能否挑战锂电池地位?业内专家:前者更适合规模储能环节

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

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中国科学家研发出新一代全钒液流电池电堆

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

作者: 杨毅 详情

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