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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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全球动力电池“荒”,且看中国如何破局

动力电池是新能源汽车的“心脏”,在一定程度上掌握着新能源汽车发展的命脉。对车企来说,动力电池就像悬在头上的“达摩克利斯之剑”,其性能质量、生产供应和服务保障决定着新能源汽车的生命持久力。随着新能源汽车热度不断提升,全球动力电池供需缺口引发电池“荒”,中国唯有突破动力电池产能、原材料、技术三大困境,化危机为先机,才能在这场全球竞技中实现弯道超车占领优势地位。一、 全球动力电池供需缺口持续扩大在新能源汽车产业持续高景气发展的背景下,全球对新能源汽车动力电池的需求量稳步攀升。据市场机构EV Volumes统计,2020年全球汽车用动力电池装机量同比增长 17%,达到 137GWh;2021年上半年,装机量累计达到115.1GWh,同比增长155.8%。图1 2017-2025年全球锂电池及动力型锂电池需求量(装机量)及预测(单位:GWh,%)动力电池需求量不断上涨,但全球锂电池原材料却面临短缺。一方面,全球锂矿、钴矿、镍矿等部分矿山资源在2020年经历了停产、破产、合并,产能有所收缩,供应端存在不稳定因素,导致供应紧张。另一方面,受新冠疫情冲击,相关企业的扩产计划相应搁置或延后,同时由于化工类产品如电解液产能不足,造成原材料进一步短缺。全球动力电池供需缺口将持续扩大。全球新兴能源市场调研机构SNE Research预测,到2023年,全球电动汽车对动力电池的需求达406千兆瓦时(GWH),而动力电池供应预计为335千兆瓦时(GWH),缺口约18%。到2025年,这一缺口将扩大到约40%。根据美国银行最新发布的报告,由于需求快速拉升,市场短期内无法做好准备,动力电池供应或在2025年-2026年“售罄”,届时各电池厂产能利用率都将超过85%;2026年-2030年间,“电池荒”可能进一步加剧。图2 2023-2025年全球动力电池供需缺口(单位:%)中国动力(17.700, -0.14, -0.78%)电池短缺问题初见端倪。据动力电池联盟数据,2021年上半年,中国动力电池累计装车量 52.5GWh,同比上升 200.3%。发展势头强劲的同时,却面临着动力电池供应紧缺、车企需求得不到满足的困境。目前,中国300家在册生产动力电池的企业长期处于供不应求的状态,目前多数企业的锂电池生产线满负荷运转,估计产能瓶颈将在较长时间内一直存在。一场电池供应短缺的危机正在新能源汽车行业蔓延。二、 中国动力电池三大难题亟待破局(一)动力电池产能问题中国电池生产企业未能正确预估市场走向。2020年,中国动力电池装机量累计63.6GWh,同比增长2.3%。新冠疫情蔓延后,电池生产企业由于错估形势,未能按照预期实现扩产计划,当面对新能源车爆发式增长时,无法跟上车企发展速度,遇到增产瓶颈。结构性紧缺问题日益凸显。据中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示,2021年上半年,中国动力电池有近30%的产品尚未装机利用,产能与装机量存在较大差距。据测算,目前中国提供高端动力电池厂家的有效产能为300GWh,而2021年的预计装机量大概为200多GWh。表面上看产能缺口并不大,但实际情况是,电池生产线大多具备定制化特点,如果配套车型销量不达预期,产能就无法充分发挥。中国目前共有电池生产厂千余家,但能够成规模生产动力电池的企业只有十家左右。所以问题的根源是结构性紧缺,缺优质企业供货。(二)动力电池原材料问题全球缺货锂矿资源面临短缺。2019年,全球锂价经历暴跌,很多南美矿山被迫减产甚至关停,雅保和Orocobre等头部公司在未来一到两年基本没有增量释放。另外,全球锂资源集中在少数矿山中,全球最优质的盐湖锂分布在智利、阿根廷和玻利维亚,占全球锂资源量58%,储量最丰富的智利锂矿的开发有配额限制,不能在短时间内随意提高产量。综合来看,南美矿山恢复生产和投产需要时间,锂的供需缺口在短期内是刚性的,而在可预见的长期内也改善乏力。中国锂资源高度依赖进口。2017年锂资源全球产量为23万吨,其中中国的使用量为12.5万吨,占全球总量的52%。2019年国内利用本土的锂资源加工的基础锂盐仅为6.5万吨。中国进口锂矿石主要来自澳大利亚,进口西澳锂精矿作为原料生产锂化合物及深加工产品。在锂矿自给率只有20%的情况下,一旦因为某些外部因素导致国内企业持股矿场停止供货,海外锂矿进口被掐断,以宁德时代(589.500, -1.10, -0.19%)为代表的国内动力电池企业,将面临严峻考验。锂进口紧张导致相关材料价格上涨。动力电池的成本当中,正极材料的占比超过40%,锂恰是正极材料的核心原料。数据显示,正极材料、电解液六氟磷酸锂的价格皆出现上涨。7月1日,六氟磷酸锂的市场报价为每吨33万元,较6月30日每吨上涨5000元,今年以来价格总体涨幅超过200%,而且供应极为紧张,加大了电芯厂迅速扩大产量的难度。(三)动力电池技术问题中国在动力电池核心技术方面仍有欠缺。在高端电池的四大核心材料中,中国的隔膜产业仍是短板,目前主要依赖大量进口;中国多数国产电解液供应商仍无法掌握电解液的全部数据;正负极材料的国际竞争力有所提升,但在高端产品供应方面与国际水平存在差距,部分供应商仍需采购日韩厂商的高性能前驱体。此外,电池辅料中的PVDF粘结剂、高端碳纳米管导电剂的性能无法与国际接轨,由于投入产出不成正比,进口依赖在短期内难以摆脱;国产铝塑膜可靠性尚未达到验证周期;激光器、超声波发生器和高可靠性的PLC等高端基础零部件匮乏,制约了中国电池企业选购设备的自主性。海外竞争加剧倒逼中国企业提前布局。一方面,警惕美国以国家安全为由,在意识形态上或国际知识产权保护上限制中国对外合作。在美国推出史上最激进的新能源汽车激励政策的背景下,中国动力电池头部企业可能成为其最大竞争对象,具有打压和制裁的潜在威胁。另一方面,日韩等动力电池企业加快在中国布局,如韩国SKI在江苏常州建设面向纯电动汽车的锂离子电池工厂、日本松下在大连工厂新建动力电池生产线。日韩动力电池企业拥有技术比较优势,倒逼中国优势企业在产品、技术与渠道方面推进创新力度。三、 中国加快补短板需从三方面发力(一)打破固有格局,提高本土自给率为解决当前困境,中国需要加紧布局海外锂资源。目前,世界级锂资源主要集中在南美洲和澳大利亚。大型盐湖包括玻利维亚乌尤尼盐沼、智利盐湖、阿根廷盐湖。主要锂辉石矿包括澳大利亚泰利森旗下的Greenbush矿山和澳大利亚RIM公司的Mt Marion锂矿。在澳中关系前景不甚明朗的国际局势下,中国企业需要通过收购、并购或控股等手段,加大与南美国家锂矿企业合作的深度与广度,为锂盐产能扩充保障原料供应、降低原料采购成本、提升产品盈利能力和增加资源储备。另一方面,加快中国本土锂矿开采和提炼技术水平,积极开发国内锂资源市场。中国青海、西藏和四川锂资源储量占国内锂资源储量的绝大部分。2020年青海与西藏合计产能为 9.5 万吨,仅占国内碳酸锂产能的21.47%,中国盐湖锂资源远未有效利用。中国需围绕前端提锂能力和后端锂盐生产两方面优化盐湖提锂技术,同时积极研发新型锂吸附剂、萃取剂,以及膜法的应用,降低盐湖提锂成本。此外,支持探索海水提锂等新技术创新,鼓励新产业(47.890, -0.64, -1.32%)和新兴科技企业的发展。(二)攻坚核心技术,掌握行业话语权当前,锂电池经过钴酸锂、磷酸铁锂和三元锂迭代,正朝着第三代迈进。如今,中国在负极材料、电解质等研究上,可以匹敌发达国家,但在锂电池隔膜、能量密度上仍有差距。比如宁德时代虽然持续数年位居全球电池市场第一,但国内外的产业研报仍将松下、LG列在第一档,而宁德时代与比亚迪(290.600, 5.81, 2.04%)列在第二档。若与日本相比,中国在锂电池研发的人力和资金投入,都有较大差距。这凸显基础科学研究极为重要,同时要靠国家、科研机构和企业的长久坚持和投入。固态电池技术的出现,又打开了一个新通道,为中国重新掌握电池技术主动权带来机会。2020年11月2日,国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》明确“加快全固态动力电池技术研发及产业化”,并将固态电池列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。研发固态电池的国内外创业公司快速发力,集中固态电池技术单点突破。除了要解决基础科学难题,固态电池在技术上还存在大量需要攻关的难点,固态电池量产面临着生产工艺、产品一致性保障,规模化成本可控以及供应链配套成熟等问题。必须发挥中国集中力量办大事的优势,组织各路精英联合攻关,抢占关键技术制高点。(三)遵从整体规划,提高优质产能当前,国内动力电池行业高端电芯及优质产能不足、低端产能过剩的矛盾没有根本改变,但进行结构调整,持续优化产能还需要一个过程。“电池荒”的信号一出来,国内多家动力电池产业链企业纷纷增资扩产,据不完全统计,今年上半年,相关投资项目超过57笔,规划总投资超3500亿元。其中,不仅有动力电池企业,也有动力电池原材料及相关生产设备企业。头部企业更是快速抢占制高点,2021年一季度中国头部动力电池企业相继公布了20多个动力电池相关新投建项目,投资高达1600多亿元,建设年产能超过350GWh。必须清醒看到,在结构调整未完成的情况下,持续扩产有可能在产业链的整体或局部形成新的产能过剩。竞争激烈的国内市场,容易出现混战格局。必须站稳脚跟,不自乱阵营。需要全行业服从国家规划布局的引导并自觉与国家总体战略相配合,剔除低端产能,减少盲目性。同时国家要提高规划的指向性、约束性,加大结构调整、提质增效力度,避免动力电池产业链将来因局部的低端薄弱影响整体的高质量发展。(作者李泯泯来自赛迪智库安全产业研究所)

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拿下美企五年电池大单,宁德时代市值创新高:达1.38万亿

10月18日,全球动力电池龙头宁德时代新能源科技股份有限公司(300750,下称宁德时代)股价再创历史新高。宁德时代股价连续两日大涨,今日盘中一度涨4.61%,报595.24元,创下历史新高。最终收涨4.57%,报595.02元,总市值13858亿元,再次超越招商银行,位居A股第三位。连续两日成交额突破百亿,今日全天成交额为109.34亿元。消息面上,10月15日,于纳斯达克上市的美国商用电动汽车制造商Electric Last Mile Solutions, Inc.(简称ELMS)宣布与宁德时代签署电池供应协议,宁德时代将为其全电动商用车提供电池并确保产能。根据协议,宁德时代将为其提供42千瓦时的磷酸铁锂电池,并确保电池供应到 2025 年。目前,这项交易的财务条款并未披露。ELMS创立于2020年,总部位于美国密歇根州Auburn Hills,是一家致力于开发高效可靠的最后一英里解决方案的的电动汽车(EV)初创公司。该公司于9月20日起生产Urban Delivery电动货车,新车采用由宁德时代提供的磷酸铁锂 (LFP))电池与电池组(CTP)相关技术。与其他电池中的钴或镍基阴极相比,LFP的材料更加便宜和安全,且封装技术更简单。此举不仅提高了系统能量密度,还节省了制造成本。Urban Delivery的续航里程可达193公里,并配有4.84立方米的货仓,起售价27000美元(约合人民币17.4万元)。据悉,未来ELMS将继续与宁德时代就电池本土化进行合作,并与2022年下半年推出第二款车型。ELMS发言人表示,两家公司还考虑在美国合作建造一家电池厂,将生产的电池运往ELMS印第安纳州工厂组装成电池组。ELMS副首席财务官兼财务主管Rob Song在声明中提到:“与宁德时代的合作是公司发展中重要的里程碑,以在极具挑战性的供应环境中确保电池供应。这一步使ELMS能够保证在我们的产品中持续使用值得信赖、可靠的车辆组件。”在“碳中和”的风口下,国内新能源行业正在加速渗透。最近宁德时代的大涨也带动了新能源板块整体走高。截至今日收盘,碳中和龙头ETF(512580)上涨3.03%,成交额1.40亿元;电池ETF(159755)上涨2.38%,成交额1.64亿元。全球能源危机愈演愈烈,继原油、煤炭之后,近期天然气价格也出现大幅上涨。据开源证券分析,中长期而言,全球碳中和的大背景下,传统能源产能日益萎缩与绿色新能源供给波动较大、叠加储能系统需要较长时间建立的“碰撞”下,能源危机的爆发可能较过往变得更加频繁。央行货币政策司司长孙国峰10月15日表示,目前人民银行正抓紧推进碳减排支持工具设立工作,支持清洁能源等重点领域的投资和建设,从而增加能源总体供给能力。风电光伏等清洁能源能源项目得到大幅推进,新能源汽车行业的高景气度,带动了动力电池需求持续增加。10月12日,中国汽车动力电池产业创新联盟发布了2021年9月份动力电池月度数据。数据显示,2021年9月,我国动力电池产量共计23.2GWh,同比增长168.9%,环比增长18.9%。2021年1至9月,我国动力电池产量累计134.7GWh,同比累计增长195.0%。装车量方面,2021年9月,我国动力电池装车量为15.7GWh,同比上升138.6%,环比上升25.0%。累计方面,2021年1至9月,我国动力电池装车量为92.0GWh,同比累计上升169.1%。此外,国内动力电池生产出现向头部企业集中的趋势。我国9月新能源汽车市场共计39家动力电池企业实现装车配套,较去年同期减少11家。其中,宁德时代、比亚迪、国轩高科位列前三。宁德时代成立于2011年,总部位于福建宁德,业务涵盖新能源汽车动力电池和储能系统的研发、生产和销售,具有包括材料、电芯、电池系统、电池回收二次利用在内的全产业链核心技术,并在全球各地建立了动力电池和储能系统研发制造基地。宁德时代目前为包括特斯拉、蔚来、大众等多家车企供应电池,并计划在2025年将其锂电池产能提升至1200GWh。最新消息显示,宁德时代子公司——成都金堂时代新材料科技有限公司的注册资本由1亿元人民币增加至7亿元人民币。据企查查信息显示,该公司成立于2021年7月,法定代表人为吴锡雄,经营范围包含:新材料技术推广服务;电子专用材料销售;电子专用材料制造;电子专用材料研发,由宁德时代(300750)100%控股。

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比亚迪又一电池工厂落户山东济南

近日,济南市自然资源和规划局公示了济南弗迪产业园建设项目(一期)设计方案,建设单位为济南弗迪电池有限公司。根据园区规划显示,项目位于济南高新区徐寨片区,天玑路以东、天玑东路以西、蒋徐路以北、规划三号路以南,用地面积约40公顷,用地性质为工业,项目整体规划分期实施,一期规划总建筑面积236285.65平方米,其中地上建筑面积233885.65平方米,地下建筑面积2400平方米。本期规划布置3栋厂房、1栋动力站、2栋电解液配套用房、1栋废料仓、2栋辅料仓、1处水泵房及地下水池、4栋宿舍、1栋食堂,共计15栋建筑单体,机动车停车位1182个(含充电桩车位178个)。今年8月24日,济南弗迪电池有限公司在济南注册成立,济南弗迪由弗迪实业有限公司持有100%股权,而弗迪实业则是A股上市公司比亚迪的全资子公司。由此可看到,济南弗迪为“比亚迪系”公司,联系到今年济南市政府与比亚迪在新能源动力电池、半导体等领域开展全方位合作,济南将在新能源汽车领域全面发力。企查查APP显示,济南弗迪电池有限公司注册资本5000万元,经营范围包含电池制造、电池销售、新材料技术研发、电子专用材料制造、电子专用材料研发等。一个月后,济南比亚迪汽车有限公司正式成立,注册资本10亿元,经营范围包括汽车零部件及配件制造、新能源汽车整车销售等。该公司注册地址为济南市先行区(今起步区)崔寨街道中心大街1号崔寨商务中心D10-67号。最近两个月,比亚迪在全国频繁布局。10月9日,郑州比亚迪汽车有限公司7.27亿元竞得郑州4宗约4104亩工业用地。这4宗地块分别为郑港出〔2021〕54号、55号、56号、57号地块。而之前,郑州比亚迪汽车有限公司已于9月22日成立,法定代表人为何志奇,注册资本5000万元。如今随着地块到手,郑州比亚迪的选址也基本确定。9月9日,河南省人民政府与比亚迪签署战略合作协议。比亚迪董事长兼总裁王传福表示,比亚迪将进一步在汽车零部件产业、电子零部件产业、新能源汽车推广、光储一体化、智慧交通等领域深化双方合作。据统计,光9月一个月,比亚迪就注册了5家公司:一家比亚迪新材料有限公司,二家实业公司(深圳比亚迪汽车实业有限公司和抚州比亚迪实业有限公司),二家汽车公司(济南比亚迪和郑州比亚迪汽车有限公司)。这5家公司都是比亚迪工业100%控股的,济南比亚迪投资数额最大为10亿元,其他四家投资数额额均为5000万元。济南弗迪已经是比亚迪近几个月成立的第三家新的电池公司了。8月6日,盐城弗迪电池有限公司(简称“盐城弗迪”)正式成立,该公司是法定代表人是何龙,注册资本5000万元人民币,经营范围包括:电池制造;电池销售;电子专用材料制造;电子专用材料销售;电子专用材料研发;新材料技术研发等。8月3日,“无为弗迪电池有限公司(简称‘无为弗迪’)”正式成立,该公司的法定代表人同样是何龙,注册资本同样是5000万元人民币,经营范围包括:电池制造;电池销售;电子专用材料制造;电子专用材料销售;电子专用材料研发;新材料技术研发等。其中,盐城弗迪与无为弗迪也是由弗迪实业有限公司100%持有,他们同样是比亚迪的“嫡系孙公司”。其实,济南弗迪并非比亚迪第一家弗迪名号的电池公司,此前已经有青海弗迪锂能科技有限公司、贵阳弗迪电池有限公司、西安弗迪电池有限公司等。今年4月,比亚迪品牌及公关事业部总经理李云飞对外表示,弗迪电池在一两年内将推进上市事宜。官方数据显示,比亚迪乘用车9月全系销售79037辆,同比增长93.2%,环比增长16.9%;其中新能源乘用车销售70022辆,同比增长276.4%,三季度累计销量破20万。比亚迪动力电池9月份装机2.79GWh,1-9月累积装机14.73GWh。

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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。

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西安交大科研人员在高比能锂离子电池研究领域取得新进展

汽车产业是国民经济的重要支柱产业,也是体现国家竞争力的标志性产业。新能源汽车基于驱动技术的重大转型,是汽车产业对能源安全、气候变化和结构升级的重要突破口。近年来,以电动汽车为代表的高新技术领域对锂离子电池的能量密度、使用寿命提出了更高的技术需求,亟需开发新型高比容电极材料,解决续航里程焦虑问题。硅负极理论容量高达4200 mAh/g,十倍于传统石墨负极,被认为是新一代高比能锂离子电池负极的理想选择。然而硅负极在充放电过程中存在着巨大的体积膨胀(>300%),由此产生的内应力易导致硅颗粒的严重粉化和界面膜的不稳定,严重阻碍了其实际应用。设计新型聚合物粘合剂用于硅负极被认为是一种缓减其体积膨胀、维持其结构稳定的有效方法,受到了研究人员的广泛关注。然而,目前已报道粘合剂易在大应力下产生分子链滑移,引起电极结构破坏,最终导致电池容量快速衰减。梯度氢键粘合剂的能量耗散次序示意图近日,受天然抗疲劳肌联蛋白高效应力耗散现象启发,西安交通大学宋江选教授团队报道了一种梯度氢键聚合物粘合剂用于解决高比容硅基负极大体积膨胀导致的应力破坏。研究人员利用具有超支化结构的单宁酸和聚(丙烯酸-co-2-羟乙基丙烯酸酯)构建了具有高效应力耗散功能的水系粘合剂。当应用于硅基负极时,该体系存在的多级氢键(-2.88 kcal mol-1~ -10.04 kcal mol-1)可以连续解离,高效地进行能量/应力耗散,从而避免了大应力导致的结构破坏,有效解决硅负极的大体积膨胀问题,显著提升其循环稳定性。所制备的2 Ah NCM/Si-C软包电池700次循环后容量保持率高达80.2%,有力地证明了该梯度能量耗散型粘合剂的实用性。研究人员进一步通过变温红外光谱、核磁共振等表征方法并结合有限元模拟揭示了梯度氢键的演化和能量耗散机制。相关成果发表在国际知名期刊《先进材料》(Advanced Materials)上,西安交通大学材料学院博士生虎琳琳为文章第一作者。在此基础上,团队进一步基于动态二硫键的交换作用发展了兼具自修复功能和应力耗散功能的双功能聚合物粘合剂,实现硅基负极裂纹的快速自修复,相关成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。新型自适应智能粘合剂的开发为高比容电极材料的广泛应用奠定了坚实基础。上述成果均以西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为第一单位,通讯作者为西安交通大学材料学院宋江选教授,论文合作者包括材料学院Goran Ungar教授、邓俊楷教授、张启路副教授。论文表征及测试得到西安交通大学分析测试共享中心和材料学院分析测试中心的支持。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金和西安交通大学青年拔尖人才计划等资助。图片(来源:西安交大)

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多家上市公司跨界布局锂电

息时报记者 张柳静锂业持续火热,又有A股巨头加入角逐。日前,紫金矿业耗资近50亿元海外收购锂矿。为满足不断增长的产能需求,国内锂电产业链企业都在快马加鞭布局这一赛道。仅今年三季度,就有宁德时代、中航锂电、蜂巢能源、国轩高科、亿纬锂能等十余家企业相继宣布投建锂电池项目。而除了锂电行业企业在加速布局上游锂矿资源外,越来越多的上市公司也在跨界抢“锂”。对此,业内分析表示,随着产业链快速发展,掌握上游锂矿锂盐资源将成为竞争优势。上市公司抢“锂”忙近日,国内矿业巨头紫金矿业发布公告称,公司于当地时间2021年10月8日与加拿大证券交易所上市公司Neo Lithium Corp.(下称“新锂公司”)签署《安排协议》,公司将通过在加拿大注册成立的全资子公司安大略有限公司,以每股6.5加元的价格,以现金方式收购新锂公司全部已发行且流通的普通股,交易金额约为9.6亿加元(约合人民币49.39亿元)。记者在同花顺查询到,紫金矿业是一家以金、铜等金属矿产资源勘查和开发及工程技术应用研究为主的大型跨国矿业集团。该公司先后在香港H股和上海A股整体上市,2020年实现营业收入1715亿元、利润总额108亿元;2021年上半年实现营业收入1099亿元、利润总额115亿元,资产总额达1987亿元。公告显示,新锂公司是一家根据加拿大安大略省商业法注册成立的公司,主要在阿根廷从事勘探和矿产资源开发,公司股票在多伦多证券交易所的创业板块上市,同时在美国OTCQX柜台交易市场和德国法兰克福交易所挂牌交易。除了紫金矿业外,宁德时代也在加速布局锂电赛道。今年9月末,宁德时代就入手了两大锂矿项目。9月28日,宁德时代参股公司拟出资2.4亿美元(约合人民币15.5亿元)入股非洲一处锂矿项目。随后,又宣布计划以3.77亿加元(约合人民币19.23亿元)收购加拿大一家锂矿公司Millennial Lithium Corp.全部股权,该公司在阿根廷拥有两处世界级锂盐湖项目。今年以来,除了锂电行业企业在加速布局上游锂矿资源外,越来越多的上市公司也在跨界抢“锂”。高工锂电数据显示,今年下半年以来就有超20家公司跨界布局锂电,包括金圆股份、鞍重股份等。其中,三季度就有宁德时代、中航锂电、蜂巢能源、国轩高科、亿纬锂能等十余家公司相继宣布投建锂电池项目。前三季度投资近万亿近年来,国内外新能源巨头都在加大锂矿布局,其中包括LG能源、宁德时代、赣锋锂业等。一时之间,锂资源成为了“香饽饽”。“以新能源汽车为主的产业需求旺盛,锂矿对应的产业下游扩张迅猛,锂价也是一路上涨,‘拥锂矿为王’的时代预计已经加速到来,更有企业要打造‘锂矿-电池’的‘垂直产业链’一体化的发展趋势。因此,锂电产业受到青睐。”北京特亿阳光新能源总裁祁海坤向信息时报记者表示,随着产业链快速发展,掌握上游锂矿锂盐资源将成为竞争优势,否则供应链会受到牵制,进而挤压企业的利润空间,甚至会被淘汰出局。记者采访中获悉,锂被广泛应用于电池及光电等领域。全球新能源汽车产业的迅速发展,带动锂资源需求大增。在此背景下,动力电池厂商为保障原材料的供给,近年纷纷将产业链延伸到上游,宁德时代投资新锂公司就是其中一例。高工锂电数据显示,仅今年三季度,就有宁德时代、中航锂电等十余家公司相继宣布投建锂电池项目,合计新增锂电池规划产能385GWh,已公布的总投资金额约1650亿元;而今年前三季度,锂电产业链合计投资金额已达8846亿元。与此同时,锂电材料的扩张浪潮也在继续。据高工锂电不完全统计,今年三季度国内锂电材料领域扩产项目达55起,主要呈现以下特点:LFP产业链(磷酸铁、碳酸锂)扩产最为火热;锂电材料跨界入局者明显增多,仅三季度已有超20家上市公司跨界入局锂电行业;上游端与电池企业加速绑定,如亿纬锂能与金昆仑布局锂盐,国轩高科与川恒股份布局磷酸铁与六氟磷酸锂。高工产研锂电研究所预计,到2025年中国锂电池市场出货量将达到611GWh,2021~2025年复合增长率超过25%。锂价会否继续上涨?今年以来,锂业持续火热之余,锂产品价格也大幅攀升,10月以来更是不断创下新高。上海有色网数据显示,金属锂价格已从1月4日的48.5万元/吨,涨至10月12日的87.5万元/吨,涨幅约八成;电池级碳酸锂从年初5.3万元/吨涨至10月12日的18.47万元/吨,涨幅达248%;磷酸铁锂年初时报价为3.8万元/吨,10月12日则报7.15万元/吨,涨幅为88%。那么,锂价是否还会继续上涨?从机构的研报来看,普遍认为会继续上涨。如天风证券最新研报指出,锂价大概率会继续上涨。“锂盐两大需求中,新能源汽车旺季是‘金九银十’,而3C的旺季是每年的下半年。如果下游企业提前一个月进行采购,则锂盐的旺季是8~11月。”天风证券进一步表示,今年四季度锂盐可以放量的项目有限,青海、西藏地区的盐湖产量因季节因素大概率开始下降,供不应求的状况大概率会加剧。锂盐价格在新的锂资源项目开始大规模放量前,都有可能继续上涨。预计锂价高点可能出现在2022年一季度。华创证券也表示,短期涨价反映供给偏紧,锂价创历史新高或许只是新起点。中期看,新能源汽车带动需求高速增长叠加供给释放缓慢,将加剧供给缺口,锂价上涨趋势不改;长期看,未来中国新能源汽车销量高速增长较为确定,锂镍钴铜箔等需求高成长可期,锂矿受资源限制或持续出现缺口。同时,在全球芯片短缺影响下,新能源车显示出其韧性与趋势,无论是造车新势力,还是传统车企都在全力投入新能源车。今年9月新能源车展现出需求大幅增长的销量数据,会带动锂电产业链景气度保持向上。中航证券分析认为,锂电池动态产能缺口仍然很大,伴随着电池厂新一轮扩产和招标的逐步落地,未来1~2个季度将是行业配置的重要窗口期。祁海坤则向记者表示,“锂电池作为电力能源存储的产品,价格是不能一直上涨的。依靠技术的进步与产业的升级,不断降低成本、提高能源效能,才是行业长期向好发展的逻辑。”锂电池的应用据了解,锂矿受到青睐的原因,在于动力电池对于碳酸锂等材料的需求。光大证券分析师王招华在近期的研报中介绍,目前新能源车常用的蓄电池以锂离子动力电池为主,主要可以分为两类:锂离子三元电池和磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池安全性好,但之前受制于体积问题,主要用于商用车领域,随着结构优化和技术展,目前在乘用车领域应用有所回升;锂离子三元电池相对来说体积小,能量密度高,在乘用车领域应用广泛。

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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杭州:加速推进新型动力电池、储能电池及装备向高端规模化发展

各区、县(市)经信局(发改经济局),杭州经济开发区、杭州大江东产业集聚区经发局:根据杭州市“十三五”规划体系安排,市经信委组织编制了《杭州市新能源产业发展“十三五”规划》,现印发给你们,请结合本地实际,认真组织实施。杭州市经济和信息化委员会2016年9月26日杭州市新能源产业发展“十三五”规划新能源产业是国家加快培育的战略性新兴产业,也是杭州市重点发展的产业之一。为认真谋划杭州市新能源产业“十三五”期间的发展,依据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划》《中国制造2025》《国家能源发展战略行动计划(2014-2020年)》《杭州市国民经济和社会发展第十三个五个规划》《中国制造2025杭州行动纲要》等文件制定本规划。规划期限为2016至2020年。一、发展现状与面临形势(一)发展现状产业规模逐步发展壮大。经过近年来的培育,杭州市新能源产业呈现出良好发展态势。2015年,全市新能源产业实现工业销售产值209亿元,实现增加值42.63亿元。产业创新能力显著提升。EVA太阳能电池胶膜、储能逆变器等产品全球领先,碲化镉薄膜电池、柔性铜铟镓硒薄膜电池等技术全国领先。成功研发5MW海上风电机组,我市企业建设的青海太阳能光热项目已于2013年并网发电,具备了核电站控制棒驱动机构的制造能力。重点研发基地建设取得成效。拥有浙江大学硅材料国家重点实验室、国家能源分布式能源技术研发(实验)中心等一批新能源研发基地。运达风电“浙江省风力发电系统国家重点实验室”通过了国家科技部验收。新能源推广应用取得新突破。桐庐经济开发区、余杭经济技术开发区等列入国家首批30个分布式光伏发电应用示范区。截至2015年底,全市累计建成并网光伏发电项目562个,累计装机容量达304兆瓦。杭州新能源产业已进入较快发展阶段,但也面临一些问题。主要表现在:一是产业规模仍然相对偏小,产业总量在GDP中占比较小。二是产业核心竞争力仍不突出,产业内部分工合作体系尚欠紧密,龙头企业的影响力和带动力还不够强。三是新能源的推广应用不够多,通过本地应用示范拉动产业发展的效应不够显著。(二)新能源产业发展面临形势从全球范围来看,能源产业转型趋势明显。国际能源署IEA发布的《2015年世界能源展望》报告统计,2014年全球新建发电厂中近半数采用可再生能源发电。IEA预计到2030年前后,可再生能源将成为全球最大电力来源。从全国来看,新能源产业发展迅猛。根据国家能源局统计,2015年底我国可再生能源发电装机达到4.8亿千瓦,全国非化石能源消费比重升至12%。国内众多地区大力扶持新能源产业,我国新能源企业国际竞争力不断提高。从杭州来看,新能源产业发展机遇与挑战并存。电力改革、碳交易和互联网产业的崛起,为杭州新能源产业与互联网产业融合发展提供了有利的机遇。同时,新能源产业创新提升也面临着深化改革、政策支持等现实制约。二、发展思路和目标(一)指导思想贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念,以创新驱动为主题,以特色化、差异化、国际化为方向,以产业关键技术突破和技术服务升级为核心,着力培育特色产业集群,使新能源产业成为引领杭州工业转型升级的先导产业和未来经济发展的新引擎。(二)基本原则坚持科技引领,创新突破。把提高自主创新能力放在首要位置,以企业为主导,坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合,着力提升产业核心技术。坚持两化融合,智能发展。发挥杭州比较优势,加快产业向低碳化、智能化、绿色化方向转变,推动产业逐步由制造为主向系统集成服务商的角色转变。坚持示范带动,协同推进。加强制造与应用互动,协同推进太阳能光伏发电、光伏建筑一体化、建筑地热能综合示范应用及能源互联网等应用示范项目。坚持开放引进,合作共赢。大力引进国内外企业、研究机构和中介服务机构,通过合资合作、配套协作、战略联盟等方式加速与本地产业的融合。(三)发展目标到2020年,新能源产业发展具备相当规模,企业创新能力持续增强,产业特色更加鲜明,空间布局显著优化,初步建成国内一流、国际上具有一定影响力的新能源产业创新基地。2020年主要预期目标:——产业整体规模上新台阶。到2020年,全市新能源产业规上工业销售产值达到280亿元,年均增长6%,产业增加值达到60亿元,年均增长8%。——技术创新能力显著增强。新增国家级科技创新平台1-2家、省级科技创新平台3-5家,涌现一批拥有自主知识产权、市场份额高、技术达到国际先进水平的产品。——龙头骨干企业更有竞争优势。到2020年,培育年销售产值超100亿元的企业1家,年销售产值超50亿元以上的企业2-3家,新增上市公司1-2家。——示范推广应用全面推进。太阳能光伏应用规模累计达到1200兆瓦,建成一批光伏、地热能、生物质能利用等应用示范工程,成为全省绿色能源应用的重要基地。三、发展导向及重点(一)推动太阳能光伏产业创新转型发展1.加强技术创新,实现光伏由“制造”向“智造”转型。重点发展新一代高效太阳能电池组件、智能化光伏生产设备、冶金法提纯多晶硅生产工艺及设备、高效低成本光伏辅助材料,以及逆变器等光伏电站配套产业,显著提升晶硅电池、薄膜电池的效率、稳定性等核心指标,逐步实现光伏生产装备国产化、智能化和生产工艺一体化,持续降低光伏发电成本。推动大规模光伏发电并网技术研究,加强光伏大规模利用的环境与气候影响研究。重点突破高效多晶、单晶电池量产转换效率,碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池、柔性铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池、高效低成本异质结硅基太阳能电池组件生产工艺及成套制造设备。积极布局新型光伏材料和器件结构的设计与制备技术,探索有机无机杂化材料以及中间带材料等新型光吸收层材料的制备工艺。重点推进碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池组件、柔性铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池组件等项目。2.进一步拓展延伸光伏产业链,强化系统集成应用服务。重点发展光伏建筑一体化(BIPV)技术、光伏发电监控智能化云平台、智能光伏储能一体机、高效光伏并网电源设备,培育新能源集成应用服务一体型企业。重点突破分布式光伏发电系统和微电网的关键技术及装备,提升光伏逆变器、跟踪系统、集中监控等技术和装备水平。加强分布式光伏应用、农光互补、渔光互补等不同类型的应用需求研究,增强光伏发电的系统集成技术能力,提供分布式光伏发电并网整体解决方案。重点推进光伏发电监控智能化云平台、光伏建筑一体化(BIPV)等项目。(二)引导风电设备制造业高水平发展1.风电机组重点发展10MW风电机组、5MW海上风电机组和3MW级低风速型风电机组,以及2.5MW直驱式永磁风力发电机组,推进系列化整机开发设计和制造。重点突破风电整机设计技术、风电检测和试验技术、风电控制技术,努力获取有自主知识产权的关键核心技术,建立具有国内领先的风电技术科技创新平台。重点推进10MW风电机组、5MW海上风电机组、3MW级低风速型风电机组项目,争取建成年产200万千瓦的风力发电设备研发及生产基地。2.关键零部件。重点发展大型风力发电铸件、轴承、齿轮箱、变流器等风电关键零部件及产品,提升与大功率风电机组发展相配套的生产能力和技术水平。重点突破零部件设计、制造、检测、认证和运行中的等关键技术及工艺,以及零部件抗疲劳、在线监测与故障诊断等技术。开展齿轮箱功率分流方式、均载型式等关键技术研发;提升轴承寿命、承载能力、可靠性;优化发电机和变流器的优化,提高电传动系统的功率密度和效率。重点推进1.5-2.5MW风力发电齿轮箱、增速箱成套升级,1.5-6MW风电机组的轮毂、底座、横梁、主轴、齿轮箱和轴承座等关键部件铸件,以及3MW以上风电轴承等项目。3.机组控制及风电场智能管控系统。重点开发变频控制、变浆控制、驱动设计制造技术、数字化风力发电场调度控制技术和并网控制系统等关键技术和产品。开发具备远程数据传输及故障诊断、群组智能管理及控制等功能的系统,建设协同控制的智慧风电场。重点推进海上风电变流器项目、兆瓦级联动型风力变频器设备等项目。(三)加速推进新型动力电池、储能电池及装备向高端规模化发展1.新型动力电池重点发展以锂离子电池为代表的高能量、高功率、长循环寿命及高安全性的新型动力电池。加大高端电池材料、电池制造设备和工艺以及电池管理系统研发力度,提升动力电池及电池集成系统的安全性、可靠性。重点突破新型动力电池关键技术及制造工艺。锂离子电池重点研发高容量、高电压正极材料,碳、合金类高容量负极材料和高性能隔膜等;发展极片、电池的设计、制造新技术、新工艺和新装备等。镍氢电池重点探索新型高容量正负极活性材料,发展高性能储氢电极合金和高稳定性的可控制备工艺。重点推进新能源汽车新型动力锂电池和启动型锂离子电池项目。2.储能电池及装备重点发展分布式储能电站及系统,包括风光电站、分布式发电及微电网、调频辅助服务以及需求响应等电力储能系统及产品。积极发展储能柜、电池管理器、电气控制、节能型变压器等化学储能设备及相关配套设备,鼓励发展铅炭电池储能、电磁储能、相变储能及系统集成等具备发展前景的储能方式。重点突破氢能储存和燃料电池关键技术及装备。开展新型高容量储氢材料、复合储氢技术、新型低铂或非铂催化剂以及高性能低成本燃料电池关键材料的研制。加大石墨烯在新能源领域的应用研发,重点开发电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料、石墨烯超级电容等。重点推进新一代铅炭储能电池等项目。(四)发展水力及潮汐能、光热、核能、地热能及生物质发电等装备制造业重点发展大型海洋潮汐能发电机组、水力设备以及核心配套零部件,太阳能光热发电装备,核岛蒸发器、关键泵阀、核电仪控等核能装备关键辅机及部件,热泵技术装备,生物质气化、固化成型燃料等综合利用装备及技术的研发、设计及集成制造能力。重点突破大型海洋潮汐能发电机组机设备效率和运行可靠性指标,太阳能光热关键设备及系统的国产化率,核电设备成套技术及工程服务能力。重点推进大型海洋潮汐能发电机组、太阳能热发电系统、地热能与太阳能一体化应用等项目。(五)培育发展智能微电网及能源互联网产业重点发展智能电网应用产品及系统集成服务。加强云计算、大数据和物联网等技术在智能电网中的融合应用,推进集电力装备研发、制造、系统集成于一体的智能电网及能源互联网产业集群建设。重点突破分布式发电、储能、智能微网、主动配电网等关键技术,构建智能化电力运行监测、管理技术平台,使电力设备和用电终端基于互联网进行双向通信和智能调控,实现分布式电源的及时有效接入。重点推进分布式新能源集中监控云数据中心、企业级与园区级智能微电网、能源互联网云平台等项目。四、重点工程推进实施创新能力提升、产业基地创建、龙头骨干企业培育、品牌质量提升、产业合作、推广应用等重点工程,不断提升产业层次水平及核心竞争力。(一)创新能力提升工程提升企业创新研发实力。依托重点企业,积极争取国家在我市布局光伏系统集成、薄膜太阳能电池、光伏辅材、光伏储能、光伏电站监控与智能运行维护、太阳能光热发电、锂电池、储能、大型风电(核电)设备等领域的国家级研发机构。鼓励新能源企业创建省级及以上企业技术研发中心,支持龙头企业创建省级重点企业研究院。建立公共技术创新平台。以在杭高校、研究院的重点实验室、工程研究中心和骨干企业技术研发中心为依托,组建或引进一批以新能源共性关键技术开发为重点,具有较大规模、多学科综合交叉、创新能力强、开放运行的公共技术创新平台。大力发展专业创客空间。鼓励和支持骨干企业与高校、科研机构合作组建一批新能源产业创新创业空间,推动各专业创业载体的资源信息共享、分工协作,努力构建规模化的创新创业网络体系。(二)产业基地创建工程做强新能源产业核心区块。在大江东产业集聚区规划建设杭州市新能源产业园,打造新能源产业核心区块。重点发展太阳能光伏产业、新能源汽车产业,鼓励发展风电装备及核心零部件、分布式发电系统集成及相关配套产品。扶持新能源产业三大重点区块。高新区依托信息产业特色,打造以智能电网、能源互联网为特色的智慧能源产业园。杭州经济开发区大力发展太阳能薄膜电池、分布式光伏电站智能控制系统、智能微电网关键技术及装备。余杭经济开发区重点打造风电机组核心部件、新能源汽车整车及核心零部件、新能源动力电池与储能系统产业基地。培育一批新能源产业特色园区。未来科技城(海创园)以引进新能源产业高端人才及创业团队为主要方向,开展新能源高端产品及装备的研发攻关。青山湖科技城(临安经济开发区)以太阳能电池胶膜为主要方向,建设光伏辅材生产基地,并开发新型动力电池、储能和新能源汽车充电桩。西湖科技园发挥与浙江大学合作优势,重点开发高性能动力源技术、智能电网技术等前沿技术。桐庐经济开发区依托电力设备制造和开发能力,建设水电、潮汐能、光伏、核能设备等新能源产业集聚区。拱墅科技园依托移动互联网等产业优势,推进新能源产业与信息产业融合发展。(三)龙头骨干企业培育工程着力培育龙头骨干企业。加强政策扶持和引导,优化政府服务,促进人才、技术、资本、项目等各类要素向龙头骨干企业集聚,支持龙头骨干企业发展成为具有全国乃至国际影响力的领军企业。积极培育成长型中小企业。引导中小企业围绕“专精特新”,加强与龙头骨干企业的协作配套,形成市场竞争力强的产业链。大力引进新项目。主动跟踪国内外新能源产业重点区域和重点企业的发展动向,加强联系对接,招引新能源产业的项目来杭落户。充分利用科技资源丰富和区位条件优越的条件,吸引民营资本、海归团队来杭创业。(四)品牌质量提升工程引导企业树立品牌意识。引导企业按照国际通行标准进行生产经营,鼓励企业参与国家或国际行业标准的制订,支持企业争创名牌。提升产品和服务质量。支持企业开展核心技术和关键零部件自主研发、试验和制造,提高产品性能和稳定性。鼓励瞄准国际标杆企业,优化工艺流程,加强上下游企业合作,推出制造精品。引导具有核心技术的企业延伸产业链,提供系统集成服务。淘汰落后产能。加强供给侧结构性改革,加速淘汰技术落后产品。组建新能源行业相关标准实验室进行针对性的专业检测工作,促进行业标准的规范建立和实施普及。(五)产业合作工程深化境外合作。对接国家“一带一路”倡议,鼓励我市新能源企业在全国乃至全球范围开展资源整合,进行跨区域、跨行业投资和兼并重组。鼓励和推动本地企业参与“一带一路”沿线国家的新能源开发,积极争取国家“丝路基金”对相关企业项目的支持。加强长三角产业合作。加强与长三角地区高校、研发机构、专业孵化器和跨国公司的合作,引进优秀研发成果进行产业化。积极推进与兄弟城市在太阳能光伏、风电设备等领域的交流和合作。推进产业间协作。在光伏辅件、风电零部件、新型动力和储能电池及材料、水力及核电装备及零部件等领域加强与国内有关地区的产业上下游协作。加强光伏等新能源企业与互联网、电力、建筑、房地产企业的合作,发展低能耗的新能源建筑。(六)产业推广应用工程加快分布式光伏发电应用。鼓励在工业园区、市内建筑、新农村示范区等建筑屋顶和城乡道路配套设施建设分布式光伏发电系统。积极支持发展与农业生产、农民生活相结合的分布式光伏发电应用。开展新能源微电网试点示范。开展园区级、企业级微电网试点工程建设,建立容纳高比例波动性电力的发输(配)储用一体化的局域电力系统,实现能源生产和使用的智能化匹配及协同运行。推广应用地源热泵系统。在办公商务楼宇、宾馆(酒店)、度假村、大型商场、学校医院等大型公共建筑工程中,加快推广与建筑一体化设计、一体化施工的地源(水源)热泵应用系统。五、保障措施(一)加强组织领导发挥市新能源产业发展领导小组的统筹协调作用,加强对全市新能源产业发展工作的指导,建立协调推进产业发展机制,统筹协调研究解决工作推进中的重大问题,督促规划的具体落实和各项政策的实施,抓好重大项目的组织推进工作,形成推进新能源产业发展的合力。(二)加大产业政策扶持力度根据杭州市产业发展布局规划,对技术先进、投资强度大、带动作用强的新能源产业重大项目,予以优先保障。贯彻落实国家支持新能源产业的各项优惠政策,积极争取国家各类产业基金和专项资金支持。各区、县(市)在市财政切块下达的专项资金中,对新能源重大成果产业化和技术改造等项目予以支持。引导各类金融机构加大对新能源产业领域的信贷支持,推动重点企业上市挂牌,有效对接多层次资本市场。(三)构建人才支撑体系加强对新能源产业人才引进、培养的统筹规划和分类指导,以高等院校、科研机构、骨干企业和留学生创业园为载体,重点引进培育一批高层次创新创业人才和创新团队。鼓励企业与大学、职业院校、技工学校与制造企业深度合作,打造一支高素质新能源产业技术人才和技能人才队伍。加快建设产业人才信息库,健全人才需求预测、评价、流转、培训、引进等中介网络,完善人才评价、流动和使用的体制机制。(四)营造良好的产业发展环境围绕重点企业研发、技术成果产业化需要,建设研发服务、技术转移、产业化、合作交流、知识产权等服务及人才支撑平台。积极推动第三方研发服务业态发展,扶持从事新能源产业技术开发、咨询、交流、推广业务的企业和机构,结合“互联网+”、PPP模式等新业态,积极培育新能源产业集成服务行业的发展。切实加强监管,引导企业开展有序竟争,为企业生产经营创造良好环境。(五)加大推广宣传力度充分利用各类展会及微信、微博等新兴媒体渠道,大力宣传杭州相关新能源产业发展、最新产品及应用示范。利用杭州承办G20峰会的良好契机,积极推介和宣传杭州新能源产业行业及其产品,谋划新能源产品在2022年亚运会场馆中的示范应用。健全公众参与机制,开展多种形式的科普活动,争取公众对新能源产业发展和推广应用的支持。

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蔚来推75度三元铁锂电池包 三元“混搭”磷酸铁锂未来将成主流?

在中科院院士欧阳明高做出“三元与磷酸铁锂电池混合PACK”将成动力电池系统创新判断的半个月后,蔚来汽车率先将这一系统商业化。9月23日,蔚来汽车宣布正式推出三元铁锂标准续航电池包,该电池包采用三元锂配方与磷酸铁锂配方混装的方式,相比于老款70kWh电池包不仅容量增加了5kWh,且循环寿命有所提升。“三元(锂电)与其他电池的‘混搭’技术方案之前就有,比如和锰酸锂电池的混合,但由于成本问题未能大面积应用。”上海劲邦股权投资管理公司合伙人王荣进对记者表示,电池“混搭”方案的主要思路,是在保持参与成组的电芯各自优势的同时,尽可能消除其理化特征不利的一面,以实现最优的解决方案。在当前的动力电池应用中,磷酸铁锂(LFP)与三元锂(NCM)电池占据了绝对优势。中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示,今年8月,三元电池装车辆为5338.1MWh,磷酸铁锂电池则为7214.5MWh,两者合计,占当月动力电池总装车辆的比重高达99.94%。然而,因两者固有的理化特性,无论是LFP,抑或NCM都存在明显的长板与短板。其中,LFP的优势在于相对的高安全性和较低的成本,但冬季表现差;相反,NCM虽然存有能量密度高、冬季低温性较LFP好的优势,但其较高的活性也带来了较高的安全风险。“不仅如此,在充放电时,由于LFP放电曲线平直,导致车辆SOC(State of Charge,车辆剩余电量)不易校准,给车主带来了较差的用户体验。”有行业人士分析认为,这也是蔚来等车企放弃LFP的原因之一。“此次蔚来采用LFP和NCM的混搭方案,是在解决了两种电池体系不同SOC估算方法的基础上,进行的一种尝试。”蔚来汽车今年1月申请的一项发明专利表明了这一点。在这份名为“一种电池系统、用于其SOC估算方法以及计算机装置和介质”的专利申请中,蔚来提及了LFP和NCM两种电池体系。由此可见,对于LFP和NCM的“混搭”方案,蔚来早有准备。按照蔚来汽车的官方说法,这一采用了LFP和NCM“混搭”方案的电池包,可实现低温续航损失降低25%,电量估算精度与三元锂电池一致,以及应用了新一代CTP技术,制造装配简化10%,体积利用率提升5%,能量密度提升14%,达142Wh/kg。“蔚来只是做了BMS(电池管理系统)的部分优化,电池成组方案的提出还在电芯供应商宁德时代。”上述行业人士分析表示。就在蔚来汽车推出三元铁锂标准续航电池包的半个月前,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高,在“动力多元化时代下的汽车技术创新与政策建议研讨会”上表示,磷酸铁锂电池回归是大趋势,现在是“刀片电池”,未来是CTV,即电池直接与车体的结合。但受制于冬季续航里程的衰减,三元锂电同样拥有市场;而作为系统创新,可能是三元和磷酸铁锂的结合,以实现安全性和环境适应性的互补。“即便在固态电池商业化后,多种正极材料电池的‘混搭’,确实有可能成为一个趋势。”王荣进认为,多种技术解决方案的提出,给了车企更多的选择,也丰富了车主不同场景的应用。

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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。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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美国能源部发布的“储能大挑战”报告(三):锂离子电池和铅蓄电池

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

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

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

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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南都电源预中标中国电信铅酸蓄电池集采项目

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

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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宝马摩托车全球推荐使用猛狮科技(DYNAVOLT)启动电池

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

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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西安交大科研人员在高比能锂离子电池研究领域取得新进展

汽车产业是国民经济的重要支柱产业,也是体现国家竞争力的标志性产业。新能源汽车基于驱动技术的重大转型,是汽车产业对能源安全、气候变化和结构升级的重要突破口。近年来,以电动汽车为代表的高新技术领域对锂离子电池的能量密度、使用寿命提出了更高的技术需求,亟需开发新型高比容电极材料,解决续航里程焦虑问题。硅负极理论容量高达4200 mAh/g,十倍于传统石墨负极,被认为是新一代高比能锂离子电池负极的理想选择。然而硅负极在充放电过程中存在着巨大的体积膨胀(>300%),由此产生的内应力易导致硅颗粒的严重粉化和界面膜的不稳定,严重阻碍了其实际应用。设计新型聚合物粘合剂用于硅负极被认为是一种缓减其体积膨胀、维持其结构稳定的有效方法,受到了研究人员的广泛关注。然而,目前已报道粘合剂易在大应力下产生分子链滑移,引起电极结构破坏,最终导致电池容量快速衰减。梯度氢键粘合剂的能量耗散次序示意图近日,受天然抗疲劳肌联蛋白高效应力耗散现象启发,西安交通大学宋江选教授团队报道了一种梯度氢键聚合物粘合剂用于解决高比容硅基负极大体积膨胀导致的应力破坏。研究人员利用具有超支化结构的单宁酸和聚(丙烯酸-co-2-羟乙基丙烯酸酯)构建了具有高效应力耗散功能的水系粘合剂。当应用于硅基负极时,该体系存在的多级氢键(-2.88 kcal mol-1~ -10.04 kcal mol-1)可以连续解离,高效地进行能量/应力耗散,从而避免了大应力导致的结构破坏,有效解决硅负极的大体积膨胀问题,显著提升其循环稳定性。所制备的2 Ah NCM/Si-C软包电池700次循环后容量保持率高达80.2%,有力地证明了该梯度能量耗散型粘合剂的实用性。研究人员进一步通过变温红外光谱、核磁共振等表征方法并结合有限元模拟揭示了梯度氢键的演化和能量耗散机制。相关成果发表在国际知名期刊《先进材料》(Advanced Materials)上,西安交通大学材料学院博士生虎琳琳为文章第一作者。在此基础上,团队进一步基于动态二硫键的交换作用发展了兼具自修复功能和应力耗散功能的双功能聚合物粘合剂,实现硅基负极裂纹的快速自修复,相关成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。新型自适应智能粘合剂的开发为高比容电极材料的广泛应用奠定了坚实基础。上述成果均以西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为第一单位,通讯作者为西安交通大学材料学院宋江选教授,论文合作者包括材料学院Goran Ungar教授、邓俊楷教授、张启路副教授。论文表征及测试得到西安交通大学分析测试共享中心和材料学院分析测试中心的支持。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金和西安交通大学青年拔尖人才计划等资助。图片(来源:西安交大)

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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多家上市公司跨界布局锂电

息时报记者 张柳静锂业持续火热,又有A股巨头加入角逐。日前,紫金矿业耗资近50亿元海外收购锂矿。为满足不断增长的产能需求,国内锂电产业链企业都在快马加鞭布局这一赛道。仅今年三季度,就有宁德时代、中航锂电、蜂巢能源、国轩高科、亿纬锂能等十余家企业相继宣布投建锂电池项目。而除了锂电行业企业在加速布局上游锂矿资源外,越来越多的上市公司也在跨界抢“锂”。对此,业内分析表示,随着产业链快速发展,掌握上游锂矿锂盐资源将成为竞争优势。上市公司抢“锂”忙近日,国内矿业巨头紫金矿业发布公告称,公司于当地时间2021年10月8日与加拿大证券交易所上市公司Neo Lithium Corp.(下称“新锂公司”)签署《安排协议》,公司将通过在加拿大注册成立的全资子公司安大略有限公司,以每股6.5加元的价格,以现金方式收购新锂公司全部已发行且流通的普通股,交易金额约为9.6亿加元(约合人民币49.39亿元)。记者在同花顺查询到,紫金矿业是一家以金、铜等金属矿产资源勘查和开发及工程技术应用研究为主的大型跨国矿业集团。该公司先后在香港H股和上海A股整体上市,2020年实现营业收入1715亿元、利润总额108亿元;2021年上半年实现营业收入1099亿元、利润总额115亿元,资产总额达1987亿元。公告显示,新锂公司是一家根据加拿大安大略省商业法注册成立的公司,主要在阿根廷从事勘探和矿产资源开发,公司股票在多伦多证券交易所的创业板块上市,同时在美国OTCQX柜台交易市场和德国法兰克福交易所挂牌交易。除了紫金矿业外,宁德时代也在加速布局锂电赛道。今年9月末,宁德时代就入手了两大锂矿项目。9月28日,宁德时代参股公司拟出资2.4亿美元(约合人民币15.5亿元)入股非洲一处锂矿项目。随后,又宣布计划以3.77亿加元(约合人民币19.23亿元)收购加拿大一家锂矿公司Millennial Lithium Corp.全部股权,该公司在阿根廷拥有两处世界级锂盐湖项目。今年以来,除了锂电行业企业在加速布局上游锂矿资源外,越来越多的上市公司也在跨界抢“锂”。高工锂电数据显示,今年下半年以来就有超20家公司跨界布局锂电,包括金圆股份、鞍重股份等。其中,三季度就有宁德时代、中航锂电、蜂巢能源、国轩高科、亿纬锂能等十余家公司相继宣布投建锂电池项目。前三季度投资近万亿近年来,国内外新能源巨头都在加大锂矿布局,其中包括LG能源、宁德时代、赣锋锂业等。一时之间,锂资源成为了“香饽饽”。“以新能源汽车为主的产业需求旺盛,锂矿对应的产业下游扩张迅猛,锂价也是一路上涨,‘拥锂矿为王’的时代预计已经加速到来,更有企业要打造‘锂矿-电池’的‘垂直产业链’一体化的发展趋势。因此,锂电产业受到青睐。”北京特亿阳光新能源总裁祁海坤向信息时报记者表示,随着产业链快速发展,掌握上游锂矿锂盐资源将成为竞争优势,否则供应链会受到牵制,进而挤压企业的利润空间,甚至会被淘汰出局。记者采访中获悉,锂被广泛应用于电池及光电等领域。全球新能源汽车产业的迅速发展,带动锂资源需求大增。在此背景下,动力电池厂商为保障原材料的供给,近年纷纷将产业链延伸到上游,宁德时代投资新锂公司就是其中一例。高工锂电数据显示,仅今年三季度,就有宁德时代、中航锂电等十余家公司相继宣布投建锂电池项目,合计新增锂电池规划产能385GWh,已公布的总投资金额约1650亿元;而今年前三季度,锂电产业链合计投资金额已达8846亿元。与此同时,锂电材料的扩张浪潮也在继续。据高工锂电不完全统计,今年三季度国内锂电材料领域扩产项目达55起,主要呈现以下特点:LFP产业链(磷酸铁、碳酸锂)扩产最为火热;锂电材料跨界入局者明显增多,仅三季度已有超20家上市公司跨界入局锂电行业;上游端与电池企业加速绑定,如亿纬锂能与金昆仑布局锂盐,国轩高科与川恒股份布局磷酸铁与六氟磷酸锂。高工产研锂电研究所预计,到2025年中国锂电池市场出货量将达到611GWh,2021~2025年复合增长率超过25%。锂价会否继续上涨?今年以来,锂业持续火热之余,锂产品价格也大幅攀升,10月以来更是不断创下新高。上海有色网数据显示,金属锂价格已从1月4日的48.5万元/吨,涨至10月12日的87.5万元/吨,涨幅约八成;电池级碳酸锂从年初5.3万元/吨涨至10月12日的18.47万元/吨,涨幅达248%;磷酸铁锂年初时报价为3.8万元/吨,10月12日则报7.15万元/吨,涨幅为88%。那么,锂价是否还会继续上涨?从机构的研报来看,普遍认为会继续上涨。如天风证券最新研报指出,锂价大概率会继续上涨。“锂盐两大需求中,新能源汽车旺季是‘金九银十’,而3C的旺季是每年的下半年。如果下游企业提前一个月进行采购,则锂盐的旺季是8~11月。”天风证券进一步表示,今年四季度锂盐可以放量的项目有限,青海、西藏地区的盐湖产量因季节因素大概率开始下降,供不应求的状况大概率会加剧。锂盐价格在新的锂资源项目开始大规模放量前,都有可能继续上涨。预计锂价高点可能出现在2022年一季度。华创证券也表示,短期涨价反映供给偏紧,锂价创历史新高或许只是新起点。中期看,新能源汽车带动需求高速增长叠加供给释放缓慢,将加剧供给缺口,锂价上涨趋势不改;长期看,未来中国新能源汽车销量高速增长较为确定,锂镍钴铜箔等需求高成长可期,锂矿受资源限制或持续出现缺口。同时,在全球芯片短缺影响下,新能源车显示出其韧性与趋势,无论是造车新势力,还是传统车企都在全力投入新能源车。今年9月新能源车展现出需求大幅增长的销量数据,会带动锂电产业链景气度保持向上。中航证券分析认为,锂电池动态产能缺口仍然很大,伴随着电池厂新一轮扩产和招标的逐步落地,未来1~2个季度将是行业配置的重要窗口期。祁海坤则向记者表示,“锂电池作为电力能源存储的产品,价格是不能一直上涨的。依靠技术的进步与产业的升级,不断降低成本、提高能源效能,才是行业长期向好发展的逻辑。”锂电池的应用据了解,锂矿受到青睐的原因,在于动力电池对于碳酸锂等材料的需求。光大证券分析师王招华在近期的研报中介绍,目前新能源车常用的蓄电池以锂离子动力电池为主,主要可以分为两类:锂离子三元电池和磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池安全性好,但之前受制于体积问题,主要用于商用车领域,随着结构优化和技术展,目前在乘用车领域应用有所回升;锂离子三元电池相对来说体积小,能量密度高,在乘用车领域应用广泛。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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蔚来推75度三元铁锂电池包 三元“混搭”磷酸铁锂未来将成主流?

在中科院院士欧阳明高做出“三元与磷酸铁锂电池混合PACK”将成动力电池系统创新判断的半个月后,蔚来汽车率先将这一系统商业化。9月23日,蔚来汽车宣布正式推出三元铁锂标准续航电池包,该电池包采用三元锂配方与磷酸铁锂配方混装的方式,相比于老款70kWh电池包不仅容量增加了5kWh,且循环寿命有所提升。“三元(锂电)与其他电池的‘混搭’技术方案之前就有,比如和锰酸锂电池的混合,但由于成本问题未能大面积应用。”上海劲邦股权投资管理公司合伙人王荣进对记者表示,电池“混搭”方案的主要思路,是在保持参与成组的电芯各自优势的同时,尽可能消除其理化特征不利的一面,以实现最优的解决方案。在当前的动力电池应用中,磷酸铁锂(LFP)与三元锂(NCM)电池占据了绝对优势。中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示,今年8月,三元电池装车辆为5338.1MWh,磷酸铁锂电池则为7214.5MWh,两者合计,占当月动力电池总装车辆的比重高达99.94%。然而,因两者固有的理化特性,无论是LFP,抑或NCM都存在明显的长板与短板。其中,LFP的优势在于相对的高安全性和较低的成本,但冬季表现差;相反,NCM虽然存有能量密度高、冬季低温性较LFP好的优势,但其较高的活性也带来了较高的安全风险。“不仅如此,在充放电时,由于LFP放电曲线平直,导致车辆SOC(State of Charge,车辆剩余电量)不易校准,给车主带来了较差的用户体验。”有行业人士分析认为,这也是蔚来等车企放弃LFP的原因之一。“此次蔚来采用LFP和NCM的混搭方案,是在解决了两种电池体系不同SOC估算方法的基础上,进行的一种尝试。”蔚来汽车今年1月申请的一项发明专利表明了这一点。在这份名为“一种电池系统、用于其SOC估算方法以及计算机装置和介质”的专利申请中,蔚来提及了LFP和NCM两种电池体系。由此可见,对于LFP和NCM的“混搭”方案,蔚来早有准备。按照蔚来汽车的官方说法,这一采用了LFP和NCM“混搭”方案的电池包,可实现低温续航损失降低25%,电量估算精度与三元锂电池一致,以及应用了新一代CTP技术,制造装配简化10%,体积利用率提升5%,能量密度提升14%,达142Wh/kg。“蔚来只是做了BMS(电池管理系统)的部分优化,电池成组方案的提出还在电芯供应商宁德时代。”上述行业人士分析表示。就在蔚来汽车推出三元铁锂标准续航电池包的半个月前,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高,在“动力多元化时代下的汽车技术创新与政策建议研讨会”上表示,磷酸铁锂电池回归是大趋势,现在是“刀片电池”,未来是CTV,即电池直接与车体的结合。但受制于冬季续航里程的衰减,三元锂电同样拥有市场;而作为系统创新,可能是三元和磷酸铁锂的结合,以实现安全性和环境适应性的互补。“即便在固态电池商业化后,多种正极材料电池的‘混搭’,确实有可能成为一个趋势。”王荣进认为,多种技术解决方案的提出,给了车企更多的选择,也丰富了车主不同场景的应用。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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贵州最大锂电池三元正极材料前驱体产业基地将诞生

9月20日,在位于贵州铜仁大龙经济开发区内的中伟新材料股份有限公司,记者看见生产线正加足马力,新建项目热火朝天。“这是我们上月提前建成投产的年产1.5万吨锂电池三元正极材料前驱体的三元九车间。”走进厂区,中伟股份西部产业基地常务副总经理张朝华介绍,“西部产业基地续建项目已完成90%,再过一个月第十车间建成投产后,将成为贵州产能最大的锂电池三元正极材料前驱体产业基地。”中伟新材料股份有限公司(中伟股份供图)据了解,中伟股份西部基地今年相继投建的4个三元前驱体车间系该公司IPO募投项目,总投资12.87亿元,建成后西部基地三元正极材料前驱体年产能将达12.8万吨,年产值150亿元。“随着国内外电动汽车销量的激增,带来动力锂离子电池产业的快速发展及对三元前驱体的需求旺盛,原有的生产线已不能满足西部产业基地的发展需求。”张朝华说,公司计划在原有6个三元生产车间的基础上续建4个车间,目前项目主体已完工90%,正在进行污水处理车间及仓库等配套设施完善工作。中伟新材料中控室(中伟股份供图)中伟新材料股份有限公司2014年9月落户大龙经开区,2020年12月在深圳证券交易所创业板正式挂牌上市,成为注册制改革后贵州首家上市企业,中伟股份2021年半年报显示,其生产的锂电池正极材料三元前驱体全球市场占有份额达26%,位列全球第一。此次锂电池三元正极材料前驱体产业基地项目是该公司聚焦全球产业的战略布局,整体建成后将实现前驱体产能的重大突破。今年7月,中伟锂电池三元正极材料前驱体西部产业基地项目被列入全省重大项目之一。张朝华说:“下一步,我们将按照省委、省政府对于重大项目的工作部署,加快推进技改项目建设运行投产,不断推进新型工业化发展迈上新台阶。”

作者: 张弘弢 详情
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LG研发出固态锂电池低温充电技术,60℃ 降至 25℃

IT之家 9 月 26 日消息 根据外媒 TheElec 消息,LG 能源解决方案公司近日宣布开发出固态电池低温充电技术。固态电池指的是锂电池的负极采用金属锂,取代含有锂离子的电解液、聚合物材质。这项技术能够显著提高电池的能量密度,但是有着制造难度大、充电不易等缺陷。LG 这项技术与美国加州大学圣地亚哥分校共同研发,将固态电池以往 60℃ 的充电温度降低至 25℃ ,同时可以实现 500 多次循环。具体来看,这项技术去除了锂电池负极的导电材料和粘合剂,使用直径约为 5 微米的硅颗粒进行替代,以克服常温下充电缓慢的问题。IT之家了解到,LG 能源解决方案公司表示,在经过 500 次循环之后,这种原型电池剩余容量依旧高于 80%,同时这种固态电池的能量密度比现有产品高 40% 以上。

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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科创板锂电池产业链多家公司加快扩张产能

近期,多家科创板上市公司发布公告,积极推进产能扩张,深化与下游客户的战略合作。从行业角度看,锂电池产业链上市公司数量较多。不少积极扩产的公司预计2021年前三季度业绩实现较大幅度增长。稳固市场地位长远锂科公告,全资子公司长远新能源拟投资建设车用锂电池正极材料扩产二期项目。项目总投资约为333852.22万元,建设4万吨/年正极材料生产线。目前,车用锂电池正极材料扩产一期项目进展顺利。公司表示,面对市场需求变化并结合自身生产经营情况,将积极推进车用锂电池正极材料扩产二期项目建设并尽快投产,有利于稳固公司市场地位。资金来源以自筹资金和银行贷款方式解决。项目计划2022年1月底开始建设,2023年10月投产,建设期20个月。长远锂科表示,积极推进产能扩张,有利于深化公司与下游客户的战略合作,进一步提升公司市场份额,提高公司的盈利能力和可持续发展能力。由于本项目尚未正式投产,对公司2021年财务状况和经营成果不会产生重大影响。9月16日,厦钨新能发布公告,公司与雅安经开区签署《锂离子正极材料项目投资意向书》。公司计划在雅安经开区投资建设10万吨磷酸铁锂和6万吨三元材料产能,预计投资意向不低于100亿元。项目将分期建设。其中,磷酸铁锂项目首期建设规模年产2万吨,预计投资不低于12亿元,建设周期为2年,预计2023年投产;三元材料项目首期建设规模年产2万吨,预计投资不低于22亿元(包含建设电池回收1万吨镍钴冶炼车间、2万吨三元材料车间),建设周期为3年,预计2024年投产。后续投资安排根据市场情况及首期项目建设进展适时建设。厦钨新能提示,虽然公司一直从事锂电正极材料业务,具有磷酸铁锂研发能力和技术储备,但磷酸铁锂生产工艺等与公司现有钴酸锂、三元材料业务存在一定的差异,实施本投资项目存在业务开展不及预期的风险。突破产能瓶颈公告显示,长远锂科经过10多年积累,凭借自身的技术优势,成为三元正极材料领域的主要供应商。公司于2019年成立全资子公司长远新能源,正式启动位于长沙高新技术开发区的正极材料扩产项目。随着新能源汽车市场快速发展,公司主要产品产销量大幅增长,持续处于满产满销状态。公司表示,当前的产能无法完全满足下游客户的实际需要。华创证券研报显示,长远锂科主要从事高效电池材料的研究与生产,主要产品包括多元材料前驱体、多元正极材料、钴酸锂等锂电正极材料和镍氢电池正极材料,拥有锂电多元材料前驱体和锂电多元正极材料完整产品体系。公司已实现三元前驱体、正极一体化布局,全面掌握了产业链核心环节。三元正极材料领域竞争较为激烈,行业头部企业市场占有率相近,新建项目将突破产能瓶颈,提升市场占有率,打开营收天花板,巩固公司在三元正极材料领域的优势地位。为加快项目建设,相关上市公司已利用自筹资金对募投项目先行投入。厦钨新能近日公告,9月22日,公司召开了第一届董事会第十二次会议和第一届监事会第七次会议,同意公司使用募集资金置换金额为3.16亿元的预先投入募投项目及已支付发行费用的自筹资金。截至9月11日,公司以自筹资金预先投入募集资金投资项目的实际投资额为3.08亿元。安信证券研报显示,厦钨新能是全球锂离子电池正极材料领域的重要企业,致力于锂离子电池正极材料技术的研发与产业化,主要从事锂离子电池正极材料的研发、生产和销售。公司的主要产品为钴酸锂、NCM三元材料。随着锂离子电池正极材料产能的逐步释放,公司的销售量将实现高速增长,营业收入和净利润整体呈现上升趋势。业绩亮眼多家积极扩产的公司预计2021年前三季度业绩实现较大幅度增长。长远锂科表示,基于公司目前的订单情况、经营状况以及市场环境,预计2021年1-9月实现归属于上市公司股东的净利润51361万元至54670万元,同比增长1389%至1485%。在公司主营业务中,钴酸锂占比为78.25%。宏微科技发布的2021年前三季度业绩预告显示,公司结合目前已实现的经营业绩以及在手订单等情况,预计下游行业需求仍将保持快速增长的趋势。公司预计2021年1-9月营业收入为36615.65万元至38617.79万元,同比增长61.96%至70.81%;预计实现归属于母公司普通股股东的净利润为4367.11万元至4803.82万元,同比增长133.17%至156.48%;预计扣除非经常性损益后归属于母公司普通股股东的净利润为3145.42万元至3359.96万元,同比增长94.41%至107.67%。宏微科技表示,受部分IGBT型号模块产品通过客户认证并实现批量供货等因素影响,公司预计2021年度1-9月营业收入及净利润增长较快。

作者: 董添 详情
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宁德时代2023年实现批量生产,钠离子电池:姗姗来迟、正待起跑

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

作者: 赵玲玲 详情
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钠离子电池时代要来了?

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

作者: 李佳师 详情
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钠电池是锂电池的良好补充,产业化开始加快

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

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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钠离子电池能取代锂离子电池吗?

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

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

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

作者: 周权 胡勇胜等 详情
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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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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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