沈阳蓄电池研究所主办

业务范围:蓄电池检测、标准制定、《蓄电池》杂志、信息化服务

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BCI大会及Power Mart博览会通知

作者:中国·蓄电池网 详情
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国内一二线电池厂商利润差距有多大?宁德时代能抵10个亿纬锂能

4月18日晚间,国内电池厂商惠州亿纬锂能股份有限公司发布2023年度报告,2023年,公司实现营业收入487.84亿元,同比增长34.38%;归母净利润40.5亿元,同比增长15.42%;经营性净现金流达86.76亿元,同比增速达203.34%。  公司同时表示,拟向全体股东每10股派发现金红利5元(含税),预计年度分红金额将达10.2亿元,约占年度净利润的25%。  去年,根据相关统计,亿纬锂能国内动力电池市场份额4.45%,位列国内第四,相较于2022年提升两个位次,市场占有率提升2.01%;储能电芯出货量已连续两年位居全球第三。   年报发布当天,亿纬锂能在微信公共号也表示,“2023年对于公司而言是精修之年,秉承高质量发展战略,技术、制造和质量水平实现全面突破。岁月丰成,构建起大规模、高品质、全球化交付平台,经营质量稳步提升。”    具体来看,在亿纬锂能的业务中,动力电池2023年出货量为28.08GWh,同比增长64.22%,实现营收239.84亿元,同比增长31.41%;储能电池板块增势明显,年度出货量为26.29GWh,同比增速121.14%,实现营收163.4亿元,同比增长73.24%;消费电池板块营收为83.62亿元,同比降1.78%。  在研发方面,亿纬锂能2023年研发投入为28.71亿元,同比增长26.97%,占营收比重为5.88%。  在诸多技术路线中,大圆柱电池是公司重点投入的方向,规划的年产能20GWh的大圆柱电池工厂一期已在荆门完成投产,二期的首批设备也在2023年年底开始进场。与此同时,公司同步规划了沈阳、成都、匈牙利等地超50GWh产能。截至2023年末,亿纬锂能46系列大圆柱电池已经下线超过425万只。    而在下一代电池技术路线的储备方面,截至报告期末,公司锂金属二次电池已成功攻克三大技术难点,基于10Ah的电芯,最高可实现能量密度580Wh/Kg,支持5C的输出,同时全性能测试可满足UL1642和UN38.3的安全要求。  半固态电池基于50Ah的软包电池,可实现能量谬的400Wh/Kg,超过1,000次的循环寿命,使用温度可拓展到-20°C-80°C,目前已完成设计定型。固态电池领域,公司已开展聚合物类固态电池的研究,目前已初步实现了室温下的稳定运行。  二线电池商与宁德时代差距何在?  然而,尽管和自身相比,2023年亿纬锂能取得了可喜的业绩进步,但与宁德时代、比亚迪两强相比,差距仍然不小。  在此前的中国电动汽车百人会中,亿纬锂能董事长刘金成坦言,“2023年的行业数据,有一个清楚的逻辑,动力电池领域里宁德时代和比亚迪两强的格局是非常显著的。除了市场份额外,更重要的是两家企业赚钱了,其后的兄弟们各有各的优势,目前各有各的难处。”  2023年,宁德时代锂离子电池销量390GWh,动力电池系统销量 321GWh,同比增长32.56%;储能电池系统销量69GWh,同比增长46.81%。根据SNE统计,2023年宁德时代动力电池全球使用量市占率达36.8%,连续七年稳居全球榜首;储能电池全球出货量市占率40%,连续三年蝉联世界第一。  2023年,宁德时代营收4009.2亿元,同比增长22.01%;归母净利润441.21亿元,调整后同比增长43.58%;扣非后净利为400.92亿元,同比增长51.65%,基本每股收益11.79元/股。  比较来看,宁德时代的归母净利润超过了亿纬锂能10倍。  除了营收和利润的体量,在毛利率方面,亿纬锂能与宁德时代也有差距。2023年亿纬锂能综合毛利率为17.04%,同比提升0.61个百分点,净利率为9.27%,较上年同期下降0.84个百分点。  其中,动力电池毛利率为14.37%,同比下降1.59个百分点;储能电池毛利率17.03%,同比上升8.07个百分点;消费电池毛利率23.73%,同比下降0.95个百分点。    而宁德时代2023年动力电池系统毛利率达到22.27%,同比增加5.1个百分点,储能电池系统毛利率为23.79%,同比增加6.78个百分点。  为何会产生如此的盈利差距?据东吴证券在今年2月分析,电池是非标品,产品、客户差异造成产品价格差异,目前宁德电池价格远高于二线电池是合理且持续的。2022年在原材料高点时,宁德时代与二线价差并不明显,基本为0.1—0.2元/Wh,而2023H2原材料价格低点时,价差扩大为0.2—0.3元/Wh,主要原因为宁德时代产品和客户结构多样化、供应链采购优势,电池价格调整相对平滑。  同时电池为非标产品,价差明显。目前储能磷酸铁锂电芯0.35—0.4元/Wh(含税),动力磷酸铁锂电芯0.4—0.45元/Wh(含税),而海外三元锂电池包仍在1元/Wh以上,而宁德时代三元锂电池出货量比重约50%、海外客户超50%(含特斯拉)。  据东吴证券分析,2024年,基于成本和产品优势,宁德时代与二线厂商的盈利差异将继续保持,24年单位利润微降至0.07—0.08元/ Wh。  特别在成本方面,宁德时代与二线电池企业相比有0.05—0.06元/ Wh的差异,主要来自原材料用量少及采购价低(0.01元/Wh),单线产能大、人工低、折旧少(0.01元/Wh),良率高、产能利用率高(0.03元/Wh),这是基于长期工艺,短期难以赶超。  “精耕细作、颗粒归仓”是方向  看清了现实格局,亿纬锂能对未来保持了清醒的头脑。  在接受机构调研时,亿纬锂能表示,国内电池厂在2023年已经出现分化,2024年将会是分水岭,电池厂财务状况也会成为客户的重要考虑因素。一味采取低价策略的公司,很难击败具备顶尖制造水平的头部企业,卷价格不是主战场,而且不可持续。  具体而言,“2024年公司将精耕细作、颗粒归仓,希望建设的每一个工厂都能实现盈利。动力电池方面的经营重心在提升质量,缩小与头部公司的差距,目标是把交付水平做到行业最高水平,提升市占率;储能电池方面,努力在今年和明年把交付量排名进一步提升,且今年开始要逐步提高Pack和系统的交付比例。”亿纬锂能方面称。  在年报中,亿纬锂能也表示,未来要重点提升“技术”和“质量”能力,保障公司高质量发展。  在具体的电池技术方面,公司力争锂原电池在保持领先地位的基础上,持续强化在智能表计、物联网设备、汽车产品等市场所需的长寿命、高可靠、宽温等关键技术研究,通过创新结构设计,提升电源可靠性,加大产品竞争优势;在动力电池方面,公司持续开发快充技术,同时在大圆柱电池上发挥极致制造效率和高一致性、高可靠性优势,形成量产能力;在储能电池方面,公司面向 TWh 级别储能规模升级628Ah电芯技术开发,实现电芯及系统层级的成本双降。  进一步降本增效也是公司的目标。年报提到,要通过新产品、新工艺降低每Wh成本,致力打造亿纬王牌产品。    其中,亿纬锂能目标王牌产品大圆柱电池尺寸标准,制造效率提升30%,制造成本降低 50%。王牌产品 LF628K 储能电池采用超大电池 CTT技术,相较于314Ah电池可减少电芯 数量 50%,提升生产效率30%。此外,公司将通过簇级别尺通过簇级别尺寸的优化,可适配行业标准集成方案,降低客户使用成本。

作者:森宁 详情

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欧洲团队新设计:锂电池寿命有望延长一倍!

锂离子电池应用于从电动汽车到便携式电子产品的各种领域,但这些电池的最大容量会随着时间的推移而降低。它们使用的时间越长,经历的充电周期越多,它们能够拥有的电量就越少。  联想电脑曾经指出,许多笔记本电脑的电池在电量耗尽之前可以持续使用长达五年,其充电周期大概为300-500次。  科学家们也认同,最好的商业级电池,即用镍、钴、锰混合材料NCM523(阴极)和石墨(阳极)作为电极的锂电池,其使用寿命也只不过是8年。  但一份研究指出,使用新的充电方案可以使锂离子电池的使用寿命长出一倍。来自柏林亥姆霍兹中心 (HZB) 和柏林洪堡大学的欧洲研究人员团队表示,通过优化循环条件,锂离子电池有望使用长达数十年。  这意味着该充电方案将极大减轻电池制造和回收的压力,从而为商业制造节约成本,并打造更为可持续的未来。充电周期翻一倍  该研究首次发表于今年3月14日的《先进材料科学》杂志上。研究人员们设计了一种新的充电协议——通过脉冲电流而不是恒定电流为设备供电。  研究人员对比了两种充电协议后发现,恒流充电时,电池样品阳极的固体电解质界面明显更厚,且电极结构中裂纹更多。这意味着锂离子电池容量的显著损失。  而使用脉冲充电,其不仅促进锂离子在石墨中均匀分布,从而减少了石墨颗粒中的机械应力和裂纹,其还能抑制NCM523阴极结构的退化。这将使电池可进行的充电周期数从恒定电流的大约500增加到1000以上。  测试结果初步表明,脉冲充电可以在电池容量保持率为80%以上的情况下,使商用锂离子电池的使用寿命延长一倍。  这份研究进一步证实了此前学界对于脉冲电流的设想。2023年,瑞典KTH皇家理工学院粒子物理学教授Josefin Strandberg就曾发表了一篇论文,发现使用基于脉冲电流的充电协议时,锂离子电池的健康状况得到了明显改善。

作者: 马兰 详情
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西安交大科研团队在锂电池回收领域取得重要进展

4月15日记者从西安交通大学获悉:该校科研团队提出大规模直接再生退役锂电池所面临的主要挑战和解决方案,在锂电池回收领域取得重要进展。  据悉,废旧锂电池的回收与再利用不仅关乎环境保护,更是缓解锂电池关键材料短缺的关键举措。相较于传统的湿法冶金和火法冶金技术,直接再生技术展现出了显著的环境与经济优势。其核心原理正是针对废旧电池材料的缺陷结构进行修复,从而恢复其电化学性能。为了达成这一目标,必须深入探究废旧电池中缺陷的形成机制。只有通过揭示缺陷产生的根本原因,才能更有针对性地优化再生技术,提高废旧电池的回收效率和性能恢复程度。  近日,西安交通大学郗凯、丁书江团队联合清华大学深圳国际研究生院周光敏等人系统分析了电池全生命周期中正极材料(钴酸锂、三元正极、磷酸铁锂、锰酸锂)、石墨负极和集流体的降解机制、缺陷类型与表征方法。  在此基础上,他们总结了适用于不同退役正极材料、石墨负极和集流体的各种再生方法,提出了大规模直接再生退役锂电池所面临的主要挑战和解决方案,旨在提供理论基础和实践指导,探索更为高效和环保的锂离子电池回收方法。此工作以《电极降解机制促进废旧锂离子电池的直接再生综述》为题发表在《先进材料》上。  这项工作得到了国家自然科学基金、陕西省秦创原创新人才计划、西安交通大学青年优秀人才支持计划,博士后创新人才支持计划等项目的资助。论文的表征分析得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。

作者: 中国·蓄电池网 详情
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锂离子电池着火与爆炸机理、防控和逃生

近年来,锂离子电池以其能量密度高、功率密度高、自放电小和寿命长等优点,在电动自行车、电动汽车、电动工具、消费电子和储能等领域被广泛使用,拥有着广阔的市场应用前景。但是,频发的锂离子电池火灾事故,严重制约着锂离子电池在电动自行车、电动汽车、电池储能等领域的发展[1-3]。导致锂离子电池火灾事故的主要原因是:热失控。热失控是电池中发生的一系列不可控的链式放热副反应,引起电池内部温度急剧上升,进一步加剧放热副反应,导致电池安全阀打开、喷气、冒烟,甚至出现着火和爆炸等现象。  1 锂电子电池着火与爆炸机理  火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和发烟的现象[4]。  1.1 燃烧四要素  火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和发烟的现象[4]。  1.2 着火与爆炸  按照燃烧的条件和发生瞬间的特点,燃烧可以分为着火和爆炸[4]。着火是指可燃物和助燃物在较大的空间下进行的燃烧,或者是可燃物与助燃物(氧化剂)逐渐进行的燃烧。爆炸是指可燃物与助燃物在密闭空间内充分均匀混合后进行的燃烧。  1.3 锂离子电池着火与爆炸的诱因  锂离子电池着火与爆炸的诱因通常被分为以下三类:机械滥用、电滥用和热滥用[1]。  (1)机械滥用  由于碰撞、挤压或针刺等导致电池机械变形甚至隔膜部分破裂引发内短路。  (2)电滥用  外短路、过充、过放、大电流充电或低温充电等导致电池发生短路。  (3)热滥用  加热、暴晒等导致电池温度过高,导致SEI膜和隔膜等发生破坏,正负极短路。  上述3类诱因的共同环节为内短路。实际上导致锂离子电池着火与爆炸的诱因还有:化学和材料滥用、设计和工艺滥用、制造和环境滥用等(如图1所示)。图1 锂离子电池着火与爆炸的诱因  1.4 锂离子电池着火与爆炸机理  当锂离子电池存在各种滥用时,锂离子电池的温度会上升。图2是锂离子电池热失控中各种反应的反应温度范围和放热量[1]。图2. 锂离子电池热失控中各种反应的反应温度范围和放热量[1]  随着温度的上升,锂离子电池中的副反应状况:  (1)0℃~45℃,副反应很少  锂离子电池的通常使用温度在0℃~45℃,在这个温度范围内,锂离子电池副反应很少。  (2)45℃~60℃,小电流下副反应也很少  在45℃~60℃温度范围内,在小电流充放电情况下,锂离子电池副反应也很少。当电池温度达到45℃以上,要核查一下原因,查看电池有无异常,如有异常,及时断电和处理。  (3)60℃~100℃,高温容量衰减  随着电池温度上升,当温度高于60℃,电池中副反应增加,导致电池容量衰减。  (4)80℃~120℃,固体电解质膜(SEI)分解  一般认为SEI膜分解温度在80℃~120℃之间。当电池温度达到80℃,SEI膜开始分解反应,当电池温度达到90℃, SEI膜分解反应变得明显。  (5)130℃~250℃,负极与电解液反应  负极表面失去SEI膜后,负极与电解液中的碳酸酯类溶剂发生副反应,生成碳酸锂、乙烯、乙烷和丙烷等,放出大量的热,锂离子电池的温度继续上升。  (6)120℃~270℃,隔膜关闭、收缩和分解,正负极短路  当温度达到130℃时,PE隔膜开始熔化和热收缩,形成闭孔效应。当温度达到170℃时,PP隔膜开始熔化和热收缩,隔膜开始解体。当隔膜解体后,正极和负极会连接在一起,发生短路,放出大量热,电池温度进一步升高。  (7)150℃~450℃,安全阀打开和气体喷出  高温下,电池中会发生很多反应:电解质和溶剂分解反应、负极与粘接剂反应、正极与电解液反应、正极材料分解反应等,产生一氧化碳、二氧化碳、氟化氢、乙烯、乙烷、氢气和氧气等多种气体,电池内部压力不断增大。当电池内部压力大于安全阀开启压力,安全阀被打开,高温高压气体喷出。  (8)350℃~650℃,喷出气体的着火和爆炸等过程  喷出的气体中含有大量可燃气体,当遇到空气,温度达到燃点或有引火源时,满足燃烧的条件,就会着火并放出大量的热量,温度可高达900℃。如果可燃气体与空气在密闭空间内充分均匀混合,满足燃烧条件,就会发生爆炸。燃烧结束后,残余物会冷却至环境温度。  1.5 锂离子电池着火与爆炸的蔓延机理  单个电池在滥用(碰撞、过充、过热等)条件下,发生着火或爆炸后,释放出大量的热量,其中部分热量向周边电池进行传递,引起周边电池温度上升,引发周边电池内部发生副反应,甚至发生着火和爆炸,导致锂离子电池着火与爆炸的蔓延。  2 锂离子电池着火与爆炸的防控  锂离子电池发生着火或爆炸的防控措施如下:  2.1 提高电池质量  采用合格原材料、设计和制造工艺,确保电池的正极、负极、电解液、隔膜等材料的组成、结构和性能符合要求,提高电池、模组、电池包和电池系统的质量和安全防护。  2.2 安装火灾预警、报警、灭火和应急疏散系统  安装电池火灾预警、报警、灭火和应急疏散系统,对早期电池故障进行识别、预警和报警,启动应急疏散系统指引现场人员远离火。通过卷帘门和防火门等隔离设备,抑制火灾蔓延。同时,通过灭火系统,迅速控制和扑灭火灾。  2.3 加强电池安全使用和管理维护  采用正规厂家生产的合格电池,避免电池的各种滥用(碰撞、针刺、过充、过热等),加强管理。电池有异常时,要及时地断电并处理。  2.4 发生火灾时的应对措施  在发现电池出现冒烟、着火和爆炸等情况,要及时拨打“119”报警,报警时要说清地址、着火物、火势大小、报警人姓名和电话号码,并注意倾听和正确回答消防队员的询问。火势较小时,在保证自身安全的前提下,切断电源,用灭火器或水进行灭火。在火势较大或无法迅速控制火势的情况下,要立即撤离到安全地带,疏散人群,远离火灾现场并立即报警。  3 逃生  电池火灾会迅速产生大量高温有毒有害的气体和浓烟,如一氧化碳等。在电池发生火灾时,要尽快逃生。需要注意以下两个方面:  3.1 保持镇定,积极应对火灾,尽快逃生  首先要将生命安全放在第一位,远离电池火灾现场,如果无法逃离现场,要尽量寻找相对安全的地方等待救援。逃生时,要保持镇定,做出正确的逃生决策,如果发现决策错误,要立即改正。不要贪恋财物,不盲目从众。有条件时,在确保自身安全的情况下,积极进行灭火,移走可燃物,关闭门窗,阻止火灾蔓延,用水或水龙头或消火栓进行灭火和降温,扩大生存空间和逃生通道。同时,通知区域内人员火灾情况,做好应对措施,有序逃生。  3.2 防触电、防毒气、防灼伤和防爆炸  在逃生时,要尽量避开气体、烟雾、燃烧和爆炸区域和空间,并戴好防护器具。如果没有防护器具,要屏气并迅速离开现场,不可乘坐普通电梯,到达安全区域再呼吸。及时切断电源,防止触电。  锂离子电池正深刻地影响着我们的日常生活,改变着我们的生活方式。未来,锂离子电池还有很多的潜力等待我们去发掘,但是锂离子电池的安全性管理工作已经刻不容缓。在使用锂离子电池的过程中,要加强电池安全使用和管理维护。在发生电池火灾的时候,要沉着冷静,在保证生命安全的前提下,积极灭火。在逃生过程中,做好自身防护,防止触电、灼伤等事故的发生。

作者: 杨红生 详情
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知道锂电池,那你听过钠电池吗?

锂电池想必大家都不陌生,三元锂电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池等品类还能说道一二,但要提起他的“孪生兄弟”钠电池,相信大多数人可能就不那么熟悉了。  那么在锂电池如日中天的当下,冷落了许久的“钠电池”为何又开始受到业界关注了呢?  正好借着近日100千瓦/200千瓦时水系钠离子储能系统在金华投运的机会,小e带大家一探究竟。  首先,我们先搞明白什么是水系钠离子电池。  “水系”顾名思义就是用水作为电解质,由钠离子在正负极之间来回移动,从而完成充放电的一种电池。水系钠离子电池原理图  和锂电池的工作原理如出一辙,都属于“摇椅式”二次电池(即可反复充放电),但差别就在于介质不同和电解液不同,一个用锂离子,一个用钠离子,一个用有机溶剂,一个直接用水。  相较锂电池,水系钠离子电池有什么突出的优势呢?  电池性能更加优秀  钠离子的溶剂化能比锂离子更低,即具有更好的界面离子扩散能力。同时钠离子的斯托克斯半径(离子在溶液中受到水分子阻碍的程度)小于锂离子,那么同等浓度钠盐的电解液具有更高的离子导电率,这就意味着钠离子电池具有更强的功率输出和接收能力。  耐候性更具优势  钠离子电池的工作温度范围-40℃~80℃,目前商业化产品可以做到-20℃时容量保持率80%的水平,相较于锂电池60%~70%的容量保持率具有明显优势。  有了这个电池,即使在寒冷的北方以及高温环境都能运行良好,对于一些储能项目,也能降低空调系统的功率配额。  安全性更具竞争力  在大规模储能应用中,锂电池单体差异性随着充放电可能会出现过充过放导致电芯内部温度发热失控,进而引发有机电解液燃爆风险。  但水系钠离子电池就不存在这个问题,由于电池内阻相对较高,发生短路时的热量较小,温升相对较低,再加上钠电池的电解液为水,因此在安全性上,水系钠离子电池更胜一筹。  据项目负责人介绍,通过在项目中开展电芯穿刺等破坏性实验,验证了钠离子电池实际安全性更高。  制造成本优势明显  锂元素在地壳丰度仅为0.0065%,而钠元素的地壳丰度为2.64%,且资源分布广泛、提炼简单、价格低廉。  活性材料(正极、电解质)中的锂化合物被钠化合物替代,这就可以用铁、锰等廉价金属大量替代正极中较贵的钴、镍等金属。  由于金属钠不与金属铝形成低共熔合金,正负极集流体均可采用廉价的铝箔,替代锂电池中较贵的铜制负极集流体。  水系钠电池和同等容量的锂电池相比,成本可以降低一半以上。  既然相比锂电池,钠电池有那么多优势,为何会姗姗来迟呢?  这就得说到钠电池的缺点了。  能量密度较低:钠电池的能量密度较低,如果要制造相同容量的电池,钠电池的体积较锂电池,体积更大重量较重,这就导致它不适用于小型电子产品。  技术不成熟:相比锂电池,钠电池的技术还不成熟,需要更多的研发和改进,以提高其性能和可靠性。  首先电池本身的电极材料是当前水系钠离子推广发展的主要障碍。原因就在于水系电解质存在水解导致析氢和析氧副反应,因此正极材料要考虑抑制水分解的材料,而在负极材料选择同样要考虑负极枝晶效应,枝晶堆集容易刺穿隔膜从而引起电池短路,降低电池容量和循环寿命。而在储能应用中,发挥储能系统的最大能力并能维持尽量长的生命周期的技术难点,就在于每一个水系钠离子电池单体在生命周期内能否保持如一的性能。同时如何构建适应水性钠离子电池特性的系统堆叠方式和工作策略也是一大难点。  当然,如果是建设大型储能站,钠电池能量密度较低的缺点就显得不那么扎眼了,毕竟不像是手机、相机等小型电子产品和电动汽车等,需要兼顾体积和续航,对电池的能量密度有很高的要求,大型储能站在安全性和使用寿命上的权重更重。  为了让水系钠离子电池和电网顺利“牵手”,国家电网的研究人员着实费了一番周折:  1.移花接玉:优化设计单体电池  研究人员在长达数月的实验对比中,最终敲定钠盐水溶液的配比参数,锰基金属氧化物为正极材料,聚阴离子型钠基化合物为负极的包覆材料,通过借鉴锂电池的测试标准,对其电化学性能和安全性能进行测试与评估,最终发现研制的水系钠离子电池单体的电化学性能和安全性能基本达到了电网储能要求。  2.摸石头过河:独创储能集成系统  电池单体试验的成功只是第一步,能量管理策略的优化,是电池储能系统的重中之重。  研究人员介绍,“目前200千瓦时级别项目中,没有参照的实验数据,完全是摸着石头过河。”  在系统集成技术的试验中,研究人员发现一个非常有意思的现象,水系钠离子电池的放电曲线和锂电池基本吻合,依照这一特性,研究人员直接将锂电池储能系统“拿来”,并将之与水系钠离子电池做了必要的优化和适配,一个全新的储能管理系统就此出炉!  同时,100千瓦/200千瓦时水系钠离子储能系统项目还摈弃传统直流侧电池簇并联方式,而采用更加高效的电池簇交流耦合方式。交流耦合储能系统通过逆变器将电池存储的直流电转换为交流电,从而可以直接与交流电网连接。同时,交流耦合方式可以根据每个电池簇的荷电状态和健康状态、温度状态调整充放电倍率,从而延长电池寿命,提高系统能力转换率。  这就意味着系统也可以根据电价、电池状态、预测的负载和发电量等因素动态调整电池的充放电行为,起到削峰填谷的作用。  以金华储能项目为例,电池单体达到了40瓦时/千克的能量密度,循环放电次数来到了5000次,且容量衰减可逆,可以保证10年间都维持在较高的充放电水平。  作为百千瓦时级水系钠离子电池储能系统首次实地应用,金华储能项目为未来水系钠离子电池技术的开发和应用提供了实践经验,应用前景广泛:  实现用户侧负荷优化管理。通过接入调度自动化系统与配网自动化系统,实施光储充+负荷侧管理场景应用示范,可以形成各方互利共赢的局面。  满足临时性储能备电的需求。如在分布式数据中心、大型活动保供电现场,水系钠离子电池不但高效稳定,而且更加安全可靠。  扩大离网微电网适用场景。由于系统耐候性强,可基于风力发电、光伏发电和智慧路灯系统交流耦合,这就意味着在高寒地区、高温环境下的离网微电网有了更强的适应能力。  突出的应用性能、低廉的设备成本、稳定的安全性能,水系钠离子电池未来可期!

作者: 中国·蓄电池网 详情
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10亿元!年产2GWh钠离子电池项目落户江苏

3月29日,江苏省扬州市宝应县山阳镇与明阳集团、赢古科技在县政府举行年产2GWh钠离子电池项目签约仪式。  该项目总投资10亿元,其中固定资产投资6亿元,形成年产2GWh钠离子电池的设计产能。  项目投产达效后,可实现年开票销售10亿元,入库税收5000万元以上的规模。

作者: 中国·蓄电池网 详情
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50MW/200MWh!张掖市山丹县东乐北滩一期全钒液流储能项目紧张施工中

3月27日,位于张掖市山丹县东乐北滩百万千瓦级光伏发电基地的山丹县中帛源能源科技有限公司250MW/1000MWh独立共享储能项目现场人声鼎沸,200多名施工人员锚定目标任务,抢抓有利天气,奋力推进项目建设进度。  据了解,山丹县中帛源能源科技有限公司250MW/1000MWh独立共享储能项目,一期50MW/200MWh储能项目总投资约6.3亿元,储能系统选用全钒液流电池,由16套3MW/12MWh储能子系统和1套2MW/8MWh储能子系统组成。项目建成后,可将东乐北滩百万千瓦级光伏发电基地新能源项目配套储能装置集中建设,统一管理,通过电网统一调度、动态聚合、灵活调控,有利于调节电网峰谷平衡,有效提升区域新能源消纳能力与水平,为储能技术深度参与电网调节探索新的途径。  近年来,山丹县坚持“工业强县”战略不动摇,做大做强优势特色产业,围绕产业链、配套供应链、提升价值链,通过抓项目、扩投资、强创新、优布局等系列举措,不断壮大支柱产业规模。目前,该县已在建新能源装装机54.8万千瓦,并网发电 6.6亿度,在建新能源装机容量40万千瓦,新能源产业已成为拉动山丹县经济增长的“强引擎”。

作者: 赵琳 王旭辉 详情
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锂电寿命翻倍!新型“凝胶电解质”将电导率提高33% 还无安全隐患

据报道,一组来自韩国的研究人员近期成功开发出了一种不易燃的凝胶聚合物电解质(GPE),有望通过降低热失控和火灾事故的风险,彻底改变锂离子电池(LIBs)的安全性。  在过去,LIBs的潜在可燃性引起了人们的极大关注,特别是在电动汽车中。为了解决这一关键问题,由韩国国立蔚山科学技术研究院(简称UNIST)领导的研究团队成功开发了一种开创性的不易燃聚合物半固态电解质,为减轻电池火灾提供了一种有希望的解决方案。  传统上,不可燃电解质在很大程度上依赖于加入阻燃添加剂或具有极高沸点的溶剂。然而,这些方法往往导致离子电导率显著降低,从而影响电解质的整体性能。  在上述突破性的研究中,研究小组在电解质中加入了微量的聚合物,创造了半固态电解质。与现有的液体电解质相比,这种新方法将锂离子的电导率显著提高了33%。  此外,采用这种不可燃半固态电解质的袋式电池的循环寿命提高了110%,有效地防止了固体-电解质间相(SEI)层形成和运行过程中不必要的电解质反应。最新研究结果已于近期发表在了ACS(美国化学学会)旗下《ACS Energy Letters》杂志上。  这种创新电解质的关键优势在于其卓越的性能和不可燃性。聚合物半固态电解质通过抑制燃烧过程中与燃料化合物的自由基链反应,有效抑制电池火灾的发生。研究小组通过定量分析其稳定和抑制自由基的能力,证明了所开发聚合物的卓越性。  UNIST能源与化学工程学院教授Jihong Jeong强调说:“电池内部聚合材料与挥发性溶剂之间的相互作用使我们能够有效地抑制自由基链反应。通过电化学量化,这一突破将极大地有助于理解不可燃电解质的机理。”  据悉,科学家们通过各种实验进一步证实了电池本身的卓越安全性。该团队的综合方法包括将不易燃的半固态电解质应用于袋式电池,确保对电解质不燃性的评估扩展到实际电池应用中。  “使用不易燃的半固态电解质,可以直接纳入现有的电池组装过程,将加速未来更安全电池的商业化。”他们说。  该研究在国内申请了5项专利,在海外申请了2项专利,进一步凸显了这一成果的意义。此外,它还得到了韩国国家研究基金会(NRF)、科学和信息通信技术部(MSIT)、韩国产业技术评价研究院(KEIT)、韩国化学技术研究院和三星SDI(一家电池和电子材料制造商)的支持。

作者: 黄君芝 详情
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工信部组织开展2023年铅蓄电池行业规范公告申报工作

工信微报消息,为贯彻落实《铅蓄电池行业规范条件(2015年本)》,促进我国铅蓄电池行业持续、健康、协调发展,根据《铅蓄电池行业规范公告管理办法(2015年本)》有关规定,工业和信息化部近日印发通知,组织开展2023年铅蓄电池行业规范公告申报工作。各省级工业和信息化主管部门负责组织本地区铅蓄电池企业申报工作,依据《铅蓄电池行业规范条件(2015本)》要求,对申请公告企业的申请材料进行初审,征询省级生态环境主管部门,提出相关初审意见,并填写在《申请书》的相应位置。

作者: 沈蓄所新闻中心 详情
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100MW/1000MWh!天能股份助力打造世界最大铅炭储能电厂

“双碳”背景下,我国能源结构正在向以新能源为主体的新型电力系统转型,而储能是推动能源系统变革的重要技术路径之一。当前,储能市场的需求更加多样化,铅炭储能作为重要的新型储能技术,凭借灵活部署、受自然环境影响小、建设周期短、安全性高、放电功率大、成本低等优势,正稳定落地电源侧和用户侧储能场景。天能股份(688819)作为新能源电池行业佼佼者,是国内最早研发推广铅炭储能技术的企业之一。目前,天能参与建设的多个国内外铅炭储能电站均实现了一次投运、长期稳定的设计效果和示范效应。近日,浙江省分布式零碳智慧电厂推进现场会在浙江长兴和平镇举行。由国家电投携手天能股份共同建设的世界最大铅炭智慧电厂“和平共储”项目,引起业界广泛关注。“和平共储”项目是目前世界上规模最大的铅炭储能电厂,可以通过数字化智慧控制系统,聚合分布式能源、用户侧储能以及可调负荷等多种元素,实现平抑负荷波动、补充尖峰缺口、降低客户用能成本等功能,为当地电力保供以及电网灵活性和调节能力的提升贡献力量。天能股份为电站提供清洁、安全、高效的铅炭电池,助力其打造成为户用铅炭储能全球示范。“和平共储”项目装机容量规模为100MW/1000MWh,含铅炭电池约300万个,一次充满可存100万度电,以城镇居民每户用电量12.5度/日计算,可满足8万户居民一天的普通用电。作为百万度电级别的储能电站,“和平共储”项目一期工程所需电池容量相当于41.5万辆电动两轮车,整体就像是一个巨大的电能“水库”,能灵活提供削峰填谷、调峰调频等电力服务,助力地方能源保供及促进新能源消纳。项目全部建成后,年调峰电量超过3亿kWh,年产值可达2亿元。“和平共储”项目具备五大显著特点,其充分体现了天能股份铅炭电池在储能领域的技术优势与应用价值,具体表现为:安全指数高。天能股份供给的铅炭电池无易燃物,属于水系电池,是确保高安全性的基础。同时,项目电池单元采用液冷方式,散热更均匀,改善了电池运行环境,增强了安全性;设备寿命长。天能股份铅炭电池在铅酸电池的负极中添加特制的导电性多孔炭,解决了负极活性物质颗粒变大的问题,电池的寿命是传统铅酸电池寿命的两倍;经济性好。一方面,铅炭电池储能单位用电价格实惠,建设成本与运营度电成本都较低;另一方面,铅炭储能全生命周期环境负荷很低,电池正负极材料及电解液均可回收,且回收工艺简单、技术成熟,残值率高达45%;建设周期短。项目采用标准化设计、模块化建设,电池单元上下2层为一块“积木”,实现“搭积木式”快速拼接,并采用了“变流”+“升压”一体化设计。项目从开工到一期竣工仅耗时3个多月;资源整合能力强。项目利用数字化调控平台聚合各级分布式零碳电厂,具有巨大的发展市场和良好的发展前景。此外,该项目的成功并网,也实现了三大新突破:一是首次全方位多要素多场景展示国家电投套娃式多层级智慧控制系统架构和源网荷储一体化聚合;二是在浙江省首次实现储能资源的共享;三是实现了整村户用储能试点突破。铅炭储能在构建新型能源体系的转型趋势下,前景广阔,未来可期。天能股份将坚定在铅炭电池领域持续突破,实现技术与产品性能的全面升级,不断打造创新的电池产品与储能系统解决方案,为促进经济绿色增长、保护生态环境、调整能源结构、推动科技创新注入强大的动力,助力共创零碳未来。

作者: 记者 冯思婕 详情
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瑞达集团瑞启年产400万千伏安时OPzV固态铅碳电池项目盛大开工!

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

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

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

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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1.4万余吨废旧铅蓄电池的威力有多大?

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

作者: 沈阳蓄电池研究所新闻中心 详情
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欧洲团队新设计:锂电池寿命有望延长一倍!

锂离子电池应用于从电动汽车到便携式电子产品的各种领域,但这些电池的最大容量会随着时间的推移而降低。它们使用的时间越长,经历的充电周期越多,它们能够拥有的电量就越少。  联想电脑曾经指出,许多笔记本电脑的电池在电量耗尽之前可以持续使用长达五年,其充电周期大概为300-500次。  科学家们也认同,最好的商业级电池,即用镍、钴、锰混合材料NCM523(阴极)和石墨(阳极)作为电极的锂电池,其使用寿命也只不过是8年。  但一份研究指出,使用新的充电方案可以使锂离子电池的使用寿命长出一倍。来自柏林亥姆霍兹中心 (HZB) 和柏林洪堡大学的欧洲研究人员团队表示,通过优化循环条件,锂离子电池有望使用长达数十年。  这意味着该充电方案将极大减轻电池制造和回收的压力,从而为商业制造节约成本,并打造更为可持续的未来。充电周期翻一倍  该研究首次发表于今年3月14日的《先进材料科学》杂志上。研究人员们设计了一种新的充电协议——通过脉冲电流而不是恒定电流为设备供电。  研究人员对比了两种充电协议后发现,恒流充电时,电池样品阳极的固体电解质界面明显更厚,且电极结构中裂纹更多。这意味着锂离子电池容量的显著损失。  而使用脉冲充电,其不仅促进锂离子在石墨中均匀分布,从而减少了石墨颗粒中的机械应力和裂纹,其还能抑制NCM523阴极结构的退化。这将使电池可进行的充电周期数从恒定电流的大约500增加到1000以上。  测试结果初步表明,脉冲充电可以在电池容量保持率为80%以上的情况下,使商用锂离子电池的使用寿命延长一倍。  这份研究进一步证实了此前学界对于脉冲电流的设想。2023年,瑞典KTH皇家理工学院粒子物理学教授Josefin Strandberg就曾发表了一篇论文,发现使用基于脉冲电流的充电协议时,锂离子电池的健康状况得到了明显改善。

作者: 马兰 详情
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西安交大科研团队在锂电池回收领域取得重要进展

4月15日记者从西安交通大学获悉:该校科研团队提出大规模直接再生退役锂电池所面临的主要挑战和解决方案,在锂电池回收领域取得重要进展。  据悉,废旧锂电池的回收与再利用不仅关乎环境保护,更是缓解锂电池关键材料短缺的关键举措。相较于传统的湿法冶金和火法冶金技术,直接再生技术展现出了显著的环境与经济优势。其核心原理正是针对废旧电池材料的缺陷结构进行修复,从而恢复其电化学性能。为了达成这一目标,必须深入探究废旧电池中缺陷的形成机制。只有通过揭示缺陷产生的根本原因,才能更有针对性地优化再生技术,提高废旧电池的回收效率和性能恢复程度。  近日,西安交通大学郗凯、丁书江团队联合清华大学深圳国际研究生院周光敏等人系统分析了电池全生命周期中正极材料(钴酸锂、三元正极、磷酸铁锂、锰酸锂)、石墨负极和集流体的降解机制、缺陷类型与表征方法。  在此基础上,他们总结了适用于不同退役正极材料、石墨负极和集流体的各种再生方法,提出了大规模直接再生退役锂电池所面临的主要挑战和解决方案,旨在提供理论基础和实践指导,探索更为高效和环保的锂离子电池回收方法。此工作以《电极降解机制促进废旧锂离子电池的直接再生综述》为题发表在《先进材料》上。  这项工作得到了国家自然科学基金、陕西省秦创原创新人才计划、西安交通大学青年优秀人才支持计划,博士后创新人才支持计划等项目的资助。论文的表征分析得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。

作者: 中国·蓄电池网 详情
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锂离子电池着火与爆炸机理、防控和逃生

近年来,锂离子电池以其能量密度高、功率密度高、自放电小和寿命长等优点,在电动自行车、电动汽车、电动工具、消费电子和储能等领域被广泛使用,拥有着广阔的市场应用前景。但是,频发的锂离子电池火灾事故,严重制约着锂离子电池在电动自行车、电动汽车、电池储能等领域的发展[1-3]。导致锂离子电池火灾事故的主要原因是:热失控。热失控是电池中发生的一系列不可控的链式放热副反应,引起电池内部温度急剧上升,进一步加剧放热副反应,导致电池安全阀打开、喷气、冒烟,甚至出现着火和爆炸等现象。  1 锂电子电池着火与爆炸机理  火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和发烟的现象[4]。  1.1 燃烧四要素  火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和发烟的现象[4]。  1.2 着火与爆炸  按照燃烧的条件和发生瞬间的特点,燃烧可以分为着火和爆炸[4]。着火是指可燃物和助燃物在较大的空间下进行的燃烧,或者是可燃物与助燃物(氧化剂)逐渐进行的燃烧。爆炸是指可燃物与助燃物在密闭空间内充分均匀混合后进行的燃烧。  1.3 锂离子电池着火与爆炸的诱因  锂离子电池着火与爆炸的诱因通常被分为以下三类:机械滥用、电滥用和热滥用[1]。  (1)机械滥用  由于碰撞、挤压或针刺等导致电池机械变形甚至隔膜部分破裂引发内短路。  (2)电滥用  外短路、过充、过放、大电流充电或低温充电等导致电池发生短路。  (3)热滥用  加热、暴晒等导致电池温度过高,导致SEI膜和隔膜等发生破坏,正负极短路。  上述3类诱因的共同环节为内短路。实际上导致锂离子电池着火与爆炸的诱因还有:化学和材料滥用、设计和工艺滥用、制造和环境滥用等(如图1所示)。图1 锂离子电池着火与爆炸的诱因  1.4 锂离子电池着火与爆炸机理  当锂离子电池存在各种滥用时,锂离子电池的温度会上升。图2是锂离子电池热失控中各种反应的反应温度范围和放热量[1]。图2. 锂离子电池热失控中各种反应的反应温度范围和放热量[1]  随着温度的上升,锂离子电池中的副反应状况:  (1)0℃~45℃,副反应很少  锂离子电池的通常使用温度在0℃~45℃,在这个温度范围内,锂离子电池副反应很少。  (2)45℃~60℃,小电流下副反应也很少  在45℃~60℃温度范围内,在小电流充放电情况下,锂离子电池副反应也很少。当电池温度达到45℃以上,要核查一下原因,查看电池有无异常,如有异常,及时断电和处理。  (3)60℃~100℃,高温容量衰减  随着电池温度上升,当温度高于60℃,电池中副反应增加,导致电池容量衰减。  (4)80℃~120℃,固体电解质膜(SEI)分解  一般认为SEI膜分解温度在80℃~120℃之间。当电池温度达到80℃,SEI膜开始分解反应,当电池温度达到90℃, SEI膜分解反应变得明显。  (5)130℃~250℃,负极与电解液反应  负极表面失去SEI膜后,负极与电解液中的碳酸酯类溶剂发生副反应,生成碳酸锂、乙烯、乙烷和丙烷等,放出大量的热,锂离子电池的温度继续上升。  (6)120℃~270℃,隔膜关闭、收缩和分解,正负极短路  当温度达到130℃时,PE隔膜开始熔化和热收缩,形成闭孔效应。当温度达到170℃时,PP隔膜开始熔化和热收缩,隔膜开始解体。当隔膜解体后,正极和负极会连接在一起,发生短路,放出大量热,电池温度进一步升高。  (7)150℃~450℃,安全阀打开和气体喷出  高温下,电池中会发生很多反应:电解质和溶剂分解反应、负极与粘接剂反应、正极与电解液反应、正极材料分解反应等,产生一氧化碳、二氧化碳、氟化氢、乙烯、乙烷、氢气和氧气等多种气体,电池内部压力不断增大。当电池内部压力大于安全阀开启压力,安全阀被打开,高温高压气体喷出。  (8)350℃~650℃,喷出气体的着火和爆炸等过程  喷出的气体中含有大量可燃气体,当遇到空气,温度达到燃点或有引火源时,满足燃烧的条件,就会着火并放出大量的热量,温度可高达900℃。如果可燃气体与空气在密闭空间内充分均匀混合,满足燃烧条件,就会发生爆炸。燃烧结束后,残余物会冷却至环境温度。  1.5 锂离子电池着火与爆炸的蔓延机理  单个电池在滥用(碰撞、过充、过热等)条件下,发生着火或爆炸后,释放出大量的热量,其中部分热量向周边电池进行传递,引起周边电池温度上升,引发周边电池内部发生副反应,甚至发生着火和爆炸,导致锂离子电池着火与爆炸的蔓延。  2 锂离子电池着火与爆炸的防控  锂离子电池发生着火或爆炸的防控措施如下:  2.1 提高电池质量  采用合格原材料、设计和制造工艺,确保电池的正极、负极、电解液、隔膜等材料的组成、结构和性能符合要求,提高电池、模组、电池包和电池系统的质量和安全防护。  2.2 安装火灾预警、报警、灭火和应急疏散系统  安装电池火灾预警、报警、灭火和应急疏散系统,对早期电池故障进行识别、预警和报警,启动应急疏散系统指引现场人员远离火。通过卷帘门和防火门等隔离设备,抑制火灾蔓延。同时,通过灭火系统,迅速控制和扑灭火灾。  2.3 加强电池安全使用和管理维护  采用正规厂家生产的合格电池,避免电池的各种滥用(碰撞、针刺、过充、过热等),加强管理。电池有异常时,要及时地断电并处理。  2.4 发生火灾时的应对措施  在发现电池出现冒烟、着火和爆炸等情况,要及时拨打“119”报警,报警时要说清地址、着火物、火势大小、报警人姓名和电话号码,并注意倾听和正确回答消防队员的询问。火势较小时,在保证自身安全的前提下,切断电源,用灭火器或水进行灭火。在火势较大或无法迅速控制火势的情况下,要立即撤离到安全地带,疏散人群,远离火灾现场并立即报警。  3 逃生  电池火灾会迅速产生大量高温有毒有害的气体和浓烟,如一氧化碳等。在电池发生火灾时,要尽快逃生。需要注意以下两个方面:  3.1 保持镇定,积极应对火灾,尽快逃生  首先要将生命安全放在第一位,远离电池火灾现场,如果无法逃离现场,要尽量寻找相对安全的地方等待救援。逃生时,要保持镇定,做出正确的逃生决策,如果发现决策错误,要立即改正。不要贪恋财物,不盲目从众。有条件时,在确保自身安全的情况下,积极进行灭火,移走可燃物,关闭门窗,阻止火灾蔓延,用水或水龙头或消火栓进行灭火和降温,扩大生存空间和逃生通道。同时,通知区域内人员火灾情况,做好应对措施,有序逃生。  3.2 防触电、防毒气、防灼伤和防爆炸  在逃生时,要尽量避开气体、烟雾、燃烧和爆炸区域和空间,并戴好防护器具。如果没有防护器具,要屏气并迅速离开现场,不可乘坐普通电梯,到达安全区域再呼吸。及时切断电源,防止触电。  锂离子电池正深刻地影响着我们的日常生活,改变着我们的生活方式。未来,锂离子电池还有很多的潜力等待我们去发掘,但是锂离子电池的安全性管理工作已经刻不容缓。在使用锂离子电池的过程中,要加强电池安全使用和管理维护。在发生电池火灾的时候,要沉着冷静,在保证生命安全的前提下,积极灭火。在逃生过程中,做好自身防护,防止触电、灼伤等事故的发生。

作者: 杨红生 详情
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超2万亿大市场!中国锂电设备“抢滩”

“到2030年,锂电市场规模将有望达到5500亿欧元。”  近期,保时捷管理咨询公司与德国机械设备制造业联合会(VDMA)共同发布《电池制造2030:极速协作》报告。该报告指出,为了满足上述高增的市场需求,同期锂离子电池电芯、模组制造装备的累积投资也将达到约3000亿欧元(约合人民币2.35万亿元)之巨,而中国装备制造商已在全球市场占据领先地位,整线“交钥匙”工程模式领先于欧美。  据该报告统计,“目前全球范围内锂电大规模制造工厂的装备主要依赖于亚洲的生产技术,中国装备制造商目前正在制定全方位服务提供商的国际标准,而这些工厂中仅有8%的高科技设备来自欧洲。”  对此,业界人士表示,近几年中国新能源产业持续领跑全球,中国锂电设备产业也随之崛起,并已经让欧美产业界感受到前所未有的压力和焦虑。不过,虽然欧洲企业在技术上并不逊色,但短期内想赶上中国锂电设备企业仍较为困难。  同时,在确定的全球市场需求背景下,具备技术、供应链、应用等先发优势的中国锂电设备企业,正持续“扩大战果”。整线“交钥匙”工程助力  《电池制造2030:极速协作》报告测算,到2030年,全球已有规划的约200个动力电池超级工厂项目中,约有45%位于欧美地区。  分区域看,欧洲、北美等地区已成为全球电动汽车主要增量市场,大众、宝马、奔驰、Stellantis、雷诺、戴姆勒等欧洲车企的电动化目标,正释放庞大的锂电池采购需求,而实现本地大规模电池配套成为这些地区主要国家的重要目标。  截至目前,欧洲已有包括瑞典Northvolt、法国ACC、法国Verkor、挪威Freyr、挪威Morrow、意大利Italvolt等多家本地电池企业,但上述众多电池企业在产能建设方面却不得不依赖亚洲企业,尤其是中国企业,这主要因为:  一方面,欧洲本地锂电设备产业相对薄弱,不能满足当地需求,而且,这些企业鲜有成熟应用案例,使电池企业不敢贸然导入,这也导致其难以在大规模生产过程中进行技术验证和产品升级,与中国企业形成技术代差。  另一方面,中国锂电设备企业一路随电池企业“摸爬滚打”,磨砺出领先的市场竞争力。  目前,综合制造良品率、前沿技术应用、设备成本、交付效率、生产周期等核心指标,中国锂电设备企业已甩开欧美同类企业;相较日韩企业,中国企业在一些锂电单机设备的核心指标上也已实现超越。  更为关键的是,前后工序一体化、整线“交钥匙”工程等生产技术成为海外市场设备应用亮点。  业界人士指出,虽然整线工程不适合高端锂电产线,但对于海外本地初创电池企业而言,省去了分别挑选前、中、后段设备的麻烦,可以实现快速投产。  例如,辊压分一体机、切叠一体机、干燥注液一体机等,可进一步提高电池产品良品率和一致性;整线“交钥匙”工程,则提高了前中后段设备的协同性,便于电池工厂快速投产。  而除了提供成熟的锂电设备解决方案,中国企业还前瞻性布局大圆柱、(半)固态、钠离子等新型电池生产所需制造设备的研发和应用,保持先进技术储备和产品跃进能力,引领全球锂电设备不断升级。  在此背景下,采购中国锂电设备已成为国际企业近年来的主流选择。国际企业“大举扫货”  继2022年-2023年国际企业向中国企业大规模采购锂电设备,2024年再现订货大单。  3月18日,先导智能与美国电池制造商American Battery Factory(简称ABF)签署合作协议。先导智能将为ABF提供总目标为20GWh的锂电池智能全自动整线解决方案。值得注意的是,这是迄今为止中国企业在美国获得的最大锂电池设备订单。  作为全球锂电设备龙头企业,目前先导智能累计为全球客户提供120余条整线,并持续加强海外子公司的本土供应链及即时性服务。  此外,天奇股份近期也表示,其中标宝马汽车墨西哥工厂电池PACK项目,项目内容包括电池PACK的输送及智能存储系统等。  除了上述企业外,近年来,斩获国际企业锂电设备大单、形成深度合作、前瞻性布局的企业还有赢合科技、利元亨、逸飞激光、海目星激光等众多头部设备企业。  2023年5月,赢合科技在业绩说明会上表示,2022年其新签订单中海外订单占比首次突破10%;与LG新能源、三星、松下、ACC、宝马、大众等国际企业都有不同程度的合作。公司已在德国成立了孙公司并设有常驻团队。同年8月,赢合科技还表示,其产品已出口到德国、韩国、法国等多个国家,并将继续加大增量市场的拓展力度。  资料显示,利元亨于2022年收购波兰孙公司,2023年成立其韩国、日本、美国子公司,还新增韩国、印度、美国和欧洲等区域新客户。在2023年业绩预告中,利元亨表示,截至2023年12月31日其海外在手订单超10亿元,并将积极推进海外项目客户现场安调进度,推进客户按计划验收。而且海外订单销售毛利较高,将有利于提高销售毛利率。  逸飞激光于2023年上半年成功向海外某客户交付360PPM圆柱全极耳电池自动装配线,目前已在包括日韩、东南亚、欧洲、美洲在内的多个国家和地区开展业务并建立了稳定的合作伙伴关系。同年10月在接受机构调研时,其透露主要代表客户包括LG新能源、TTI和印度TATA等。  海目星激光目前已在欧洲、北美和亚太地区均设有子公司,并已经形成领先的交付组织能力。同时,分别在深圳总部、常州、江门和成都建设了四大生产研发基地。  2023年11月,海目星还透露其海外市场发展节奏:第一步,将与国内优秀的企业一起走出去,同时借助他们的海外背景、需求以及公司对于行业、产品的理解稳健迈出第一步。第二步,与成熟的日韩系电池企业合作,进一步扩大海外市场的规模和知名度。第三步,针对有需求的企业,为其提供一体化设备解决方案。  海目星的规划也代表了很多中国设备企业的想法。在开拓海外市场进程上,先随中国电池企业“出海”,继而拓展国际企业合作,逐步构建起全球化锂电设备供应网络。  目前,包括宁德时代、孚能科技、远景动力、亿纬锂能、远景动力、国轩高科、蜂巢能源等中国动力电池头部企业均已在欧洲、北美、东南亚等地区投建、布局电池基地,涉及电池产能数百GWh。叠加国际企业本地电池基地建设需求,预计中国锂电设备将持续提高海外市场供货量。  与此同时,国内产能过剩,挤压设备企业盈利空间,而国外市场机遇广阔。随着全球电动汽车、储能等市场持续扩大,“出海”或将成为中国锂电设备企业业务增长的必然战略,不仅整线,还包括曼恩斯特、精诚时代、铂纳特斯等锂电前、中、后段设备企业都迎来新的市场机遇,或将带动更多中国企业“乘风出海”。

作者: 黄丽 详情
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锂电池电芯设计法则

什么是电芯设计?  电芯设计是指将正极材料、负极材料、电解液、隔膜、正负极集流体以一定的比例和工艺组装而成能够满足某种对电性能需求的一种方法。要求设计者掌握正极材料、负极材料、电解液、隔膜、导电剂各自的特点,同时具有丰富的电化学的知识,具备统筹全局的思维逻辑。这是一项浩大的制造工程,需要涉及多种工序,每一步工序都有各自的工艺特点。设计目标明确  首先要明确需要设计电芯需满足的需求是什么。目前对电芯的需求主要来源于两个方面,一种是电池企业内部自我技术的储存,提前对市场需求的预判;另外一种就是来源于需求电芯的企8业,无论是消费类电池还是动力电池,需要把企业需求语言转化为电芯的语言,如下:设计基础  电芯设计的基本准则在于将能量密度、寿命、倍率、成本等参数中找到一个相对平衡点,这是因为不同指标难以同时满足。因此,针对目标的分类是非常重要的。根据客户不同的需求进行分类:(1)客户必须要满足的需求必须满足,如容量,能量,安全等;(2)客户特殊需求的要尽量满足,如快充,功率等,(3)客户需求非必须需求。要识别这些,就需要跟客户进行多次和深入的沟通,避免设计走偏。化学体系选择(以锂电为例)  正极的选择:正极材料的决定了电芯的能量密度,三元和磷酸铁锂是目前动力电芯上用的比较多的正极材料,钴酸锂是目前消费类使用较多的正极材料。无论是消费类还是动力类电池,其基本的设计理念基本上是相同的。本文以方形动力电芯为例,如果我们的设计目标要做到210 Wh/kg,那么正常情况需要使用5系及以上的三元材料;如果做到240 Wh/kg以上,需要使用8系及以上的三元材料。目前,行业内对于是否使用8系材料存在分歧。因此,在选择正极材料时需要换个思路。我们都知道能量密度主要是由容量(C)和电压(V)共同决定的,在无法选择高容量材料时,我们必须提升材料的截至电压,如从4.2 V 提升到4.35 V。此外,如果容量和电压的提升仍不能完全满足能量密度的需求,则需要对电芯的结构和工艺做进一步的优化。  负极的选择:负极材料多为人造石墨,也可以掺硅,或使用钛酸锂,硬碳等。对于搭配三元材料的人造石墨而言,其克容量发挥目前基本都已经在350 mAh/g左右,对于已经确定的壳子来说,提升负极的克容量就能减少负极材料的用量,进而提升电芯的能量密度。这其中石墨负极掺硅是一种比较有效的手段,但是掺硅会导致负极膨胀增大大,首效也会降低,对快充能力和循环寿命都有一定的挑战,这个是其不足。故决定加硅之初,就要同步思考掺杂量和后续的补锂工艺。  隔膜的选择:隔膜不仅需要考虑其材质,厚度,成本,也需要考虑孔隙率,透气度,陶瓷涂重和是否涂PVDF等,陶瓷涂覆可以改善电芯安全性能,涂覆PVDF可以优化电芯界面的贴合,但也随之而来带来工艺和成本上的增加,也是需要设计人员根据需求考虑清楚的。  电解液的选择:电解质在电池正负极间起着离子导电、电子绝缘的作用。二次锂电池中,电解质的性质对电池的 循环寿命、工作温度范围、充放电效率、 电池的安全性及功率密度等性能有重要的影响。二次锂电电解质材料应当具备以下性能:(1)锂离子电导率高;(2)电化学稳定性高,在较宽的电位范围内保持温度;(3)与电极的兼容性好,在负极上能有效地形成稳定的SEI膜,在正极上,在高电位条件下有足够的抗氧化分解能力;(4)与电极接触良好,对于液体电解质而言,能充分浸润电极;(5)低温性能良好,在较低的温度范围(-20~20 ℃)能保持较高的电导率和较低的黏度,以便在充放电过程中保持良好的电极表面浸润性;(6)宽的电压范围;(7)热稳定性好,在较宽的温度范围内不发生热分解;(8)化学稳定性好。在电池长期循环和储备过程中,自身不发生化学反应,也不与正极、负极、集流体、粘结剂、导电剂、隔膜、包装材料、密封剂等材料发生化学反应;(9)无毒、无污染,使用安全,最好能生物降解;(10)制备容易,成本低。目前电解液添加剂主要有SO2/CO2/VC(亚乙烯碳酸酯)[改善SEI膜性能]、磷酸三甲酯(TMP)[改善电解液安全]、冠醚[提高电解液导电率]、Al2O2, MgO,锂或钙的碳酸盐[控制水和酸的含量]。  因此,需要根据电芯所能达到的性能选择合适的电解液。  集流体的选择:集流体是锂离子电池中不可或缺的组成部件之一,它不仅能承载活性物质,而且还可以将电极活性物质产生的电流汇集并输出,有利于降低锂离子电池的内阻,提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。锂离子电池集流体原则上,理想的锂离子电池集流体应满足以下几个条件: (1) 电导率高; (2) 化学与电化学稳定性好; (3)机械强度高; (4) 与电极活性物质的兼容性和结合力好; (5) 廉价易得; (6) 质量轻。但在实际应用过程中,不同的集流体材料仍存在这样那样的问题,因而不能完全满足上述多尺度需求。如铜在较高电位时易被氧化,适合用作负极集流体; 而铝作为负极集流体时腐蚀问题则较为严重,适合用作正极的集流体。目前可用作锂离子电池集流体的材料有铜、铝、镍和不锈钢等金属导体材料、碳等半导体材料以及复合材料。  1、铜集流体  铜是电导率仅次于银的优良金属导体,具有资源丰富、廉价易得、延展性好等诸多优点。但考虑到铜在较高电位下易被氧化,因此常被用作石墨、硅、锡以及钴锡合金等负极活性物质的集流体。常见的铜质集流体有铜箔、泡沫铜和铜网以及三维纳米铜阵列集流体。  (1)铜箔集流体。根据铜箔的生产工艺,可进一步将铜箔分为压延铜箔和电解铜箔。与电解铜箔相比,压延铜箔的电导率更高,延伸效果更好,对弯曲度要求不高的锂离子电池可以选择电解铜箔作为负极集流体。研究表明,增加铜箔表面的粗糙程度有利于提高集流体与活性物质之间的结合强度,降低活性物质与集流体之间的接触电阻,相应地,电池的倍率放电性能及循环稳定性也更好。  (2)泡沫铜集流体,泡沫铜是一种类似于海绵的三维网状材料,具有质量轻、强度韧性高以及比表面积大等诸多优点。虽然硅、锡负极活性材料具有很高的理论比容量,并被认为是颇有发展前景的锂离子电池负极活性材料之一,但在循环充/放电过程中也存在体积变化较大、粉化等缺点,严重影响电池性能。研究表明,泡沫铜集流体可以抑制硅、锡负极活性物质在充放电过程中的体积变化,减缓其粉化现象,从而提高电池性能。  2、铝集流体  虽然金属铝的导电性低于铜,但在输送相同电量时,铝线的质量只需要铜线的一半,无疑,使用铝集流体有助于提高锂离子电池的能量密度。此外,与铜相比,铝的价格更为低廉。在锂离子电池充/放电过程中,铝箔集流体表面会形成一层致密的氧化物薄膜,提高了铝箔的抗腐蚀能力,常被用作锂离子电池中正极的集流体。与铜箔集流体一样,表面处理也能提高铝箔的表面特性。经直流刻蚀后,铝箔表面会形成蜂窝状结构,与正极活性物质的结合更加紧密,并改善锂离子电池的电化学性能。然而,事实上,铝集流体也常常因表面钝化膜的破坏而腐蚀严重,锂离子电池性能也随之降低。因此,为了提高刻蚀后铝箔的耐蚀性能,需要对其表面进行优化处理,形成更加稳定的钝化膜。  3、镍集流体  相对而言,镍属于贱金属,价格较为低廉,具有良好的导电性,且在酸、碱性溶液中较稳定,因此,镍既可以作为正极集流体,也可以作为负极集流体。与其匹配的既有正极活性物质磷酸铁锂,也有氧化镍、硫及碳硅复合材料等负极活性物质。镍集流体的形状通常有泡沫镍和镍箔两种类型。由于泡沫镍的孔道发达,与活性物质之间的接触面积大,从而减小了活性物质与集流体间的接触电阻。而采用镍箔作为电极集流体时,随着充/放电次数增加,活性物质易脱落,影响电池性能。同样,表面预处理工艺也适用于镍箔集流体。如对镍箔集流体表面进行刻蚀后,活性物质与集流体的结合强度明显增强。氧化镍具有结构稳定、价格便宜等优点,且具有较高的理论比容量,是一种应用广泛的锂离子电池负极活性物质。基于此,通过固相氧化法在泡沫镍表面原位生长一层氧化镍,制备以泡沫镍为集流体的氧化镍负极。与镍箔/氧化镍负极相比,泡沫镍/氧化镍负极的首次放电比容量大幅度增加。原因在于,与二维集流体相比,三维结构的集流体减少了界面极化现象,提高了电池的充/放电循环稳定性。磷酸铁锂因具有安全性好、原料来源广泛等优点而被认为是动力锂离子电池理想的正极活性材料,将其涂覆在泡沫镍集流体表面可以增加LiFePO4 与泡沫镍的接触面积,降低界面反应的电流密度,进而提高LiFePO4 的倍率放电性能。  4、不锈钢集流体  不锈钢是指含有镍、钼、钛、铌、铜、铁等元素的合金钢,具有良好的导电性和稳定性,可以耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等强腐蚀介质的化学侵蚀。不锈钢表面也容易形成钝化膜,可以保护其表面不被腐蚀,同时不锈钢可以比铜加工得更薄,具有成本低、工艺简单及大规模生产等优点。不锈钢可以作为正极或负极的集流体,常见的不锈钢集流体有不锈钢网和多孔不锈钢两种类型。  (1)不锈钢网集流体,不锈钢网的质地致密,作为集流体时,其表面被电极活性物质包裹,基本不与电解液直接接触,不易发生副反应,有利于提高电池的循环性能。  (2)多孔不锈钢集流体,为了充分利用活性物质、提高电极的放电比容量,一个简单有效的方法便是采用多孔集流体。  5、碳集流体  以碳材料作为正极或负极集流体时,可以避免电解液对金属集流体的腐蚀,且其具有资源丰富、易加工、低电阻率、对环境无危害、价格低廉等优势。碳纤维布以其自身良好的柔软性、导电性以及电化学稳定性等优点,可用作柔性锂离子电池的集流体。碳纳米管是另一种形貌的碳集流体,相对于金属集流体而言,其明显的优势在于质量轻巧,且可以大幅度提高电池的能量密度。  6、复合集流体  除了单一集流体如铜集流体、铝集流体、镍集流体、不锈钢集流及碳集流体等受到广泛关注外,近年来,复合集流体也引起了学者们的研究兴趣,如导电树脂、覆碳铝箔及钛镍形状记忆合金等。  7、导电树脂集流体  聚乙烯(PE) 和酚醛树脂(PF) 集流体是将导电填料与高分子树脂基体复合而成。以PE 和PF作为基体材料,与导电填料( 石墨、碳黑) 均匀混合,制备了复合集流体,并研究它们的物理化学性能。石墨烯是一种由碳原子经sp2杂化而形成的独特的新型二维碳功能材料,具有超高的电导率、比表面积及机械强度等诸多优点,既可以替代石墨作为锂离子电池的负极活性物质,也可以作为集流体材料。  8、钛镍形状记忆合金集流体  钛镍形状记忆合金是由镍和钛组成的二元合金,随着外界温度或所受压力的改变可以在两种不同的晶相之间相互转化。钛镍形状记忆合金能通过改变自身相态来抑制活性物质在充放电过程中的体积变化,提高电池的循环寿命。  9、覆碳铝箔集流体  覆碳/铝箔集流体即是将含碳复合层涂覆在铝箔表面的复合集流体。其中,含碳层是由碳纤维与经过分散剂处理后的导电碳黑颗粒而构成,能够与铝箔紧密结合,提高电极的导电性和耐蚀性。  集流体是锂离子电池中不可或缺的重要部件之一,具有承载电极活性物质与汇集输出电流的多重功能。由不同材料、不同生产工艺所制备的集流体的性能各有千秋,对锂离子电池的影响也各不相同。容量设计  电芯容量的简单的计算公式如下:  设计容量=正极材料克容量发挥*涂布重量*Loading*极片长度*极片宽度*2*卷心数量  正极材料克容量发挥材料厂家出厂时候会给出,当然电芯厂商自己也会检验,保证批次的稳定性,这样也可以提升后续配组的一致性,其测试方法一般是采用纽扣电池,对电极是锂。涂布重量单位为g/m2,涂布方式为转移和挤压涂布,由于挤压涂布在公差和精度上更有优势,故目前量产产线多为挤压涂布。Loading是指正极配方中,正极活性材料质量占比。目前量产方形电芯卷心数量多为2个或4个,为什么较少厂家做到1个,工艺角度考虑可能原因有极片太长,模切容易断带,影响优率;层数过多,卷绕的错位也难以控制。N/P设计  N/P= 负极克容量*负极活性物质质量/正极克容量*正极活性物质质量,主要目的是保证同一时刻,同一位置的负极的嵌锂能力大于正极的脱锂能力,克容量的一般是扣电测试得到,故N/P一般有两个,首次充电和二次放电,首次充电N/P的设计主要是为了保证化成阶段电芯不析锂,二次放电阶段的N/P设计主要是为了保证后续的长循环寿命,故实际的N/P值的选取要综合考虑充电和放电,作出最优选择。安全设计  在电芯内部设计时候,安全是我们需要重点考虑的,一般的策略如下:  Overhang设计:就是隔膜的长度和宽度要能包住负极,负极的长度和宽度要能包住正极,这样做有以下几个好处,一是能够防止充放电过程中极片膨胀导致内短路;二是防止隔膜下压,引发内短路。  正极边缘涂陶瓷:指的是在正极的边缘涂覆一层绝缘陶瓷,防止正负极搭接出现短路。  顶盖安全设计:主要是Fuse熔断设计,过充OSD翻转设计。设计需要考虑Fuse的过流能力,针对其持续过流和峰值过流,需要提前收集和测试相关的验证数据。OSD主要是为了防止过充,前面的一篇文章已经介绍了其机理,随着后续新国标的发布,三元体系不用OSD也能通过过充测试,故后续为了提升顶盖的可靠性和降低成本,OSD可能会逐步的取消。正负极配方设计  正极的配方一般都由三元材料,导电剂,粘结剂等组成,溶剂为NMP,导电剂常见有SP,KS-6和CNT等,粘结剂常见多为PVDF。为了尽可能的提升电芯的能量密度,NCM的Loading最少也要做到95%以上,之所以Loading不能做到100%,是因为辅材的作用也是非常重要的。导电剂和粘结剂的作用从字面上就可以明白,这里不过多解释。主要说一下SP是一种链状导电剂,起的是长程导电的作用,KS-6是一种片状片状,起的是短程导电的作用。实际的应用中,二者要搭配使用才能更好的提升导电能力。  负极的配方也是类似,主要为石墨/硅,导电剂,粘结剂,乳化剂等组成,主材的含量也是要尽可能的提升,一般也要在96%以上。导电剂类型同正极相同,不同是粘结剂和乳化剂,粘结剂常见为SBR(丁苯橡胶),聚丙烯酸酯类材料,其作用不仅有提升粘接的能力,同时也有加速锂离子传输的的作用;目前的石墨负极浆料溶剂多为去离子水,由于石墨为非极性物质,表面能低,但溶剂水是极性物质,乳化剂CMC-Na(羧甲基纤维素钠)的疏水键通过范德华力吸附在石墨表面,亲水基则同水结合提升石墨的亲水性能;同时包裹了CMC-Na后,石墨表面负电荷增加,颗粒之间排斥作用更大,浆料更加不容易发生沉降。所以CMC-Na起到了石墨亲水和提供空间位阻的作用。

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锂电池在船舶中的应用

【摘要】探讨了锂电池在船舶储能、船舶动力方面的应用前景,对锂电池在船舶中应用的政策、规范、应用现状和存在的问题进行了阐述,对锂电池的类型和磷酸铁锂电池应用于船舶的优势及主要应用场景进行了讨论,研究了锂电池的龙头企业状况,并对拓展锂电池在船舶中应用的可行性和意义进行了分析,提出了未来拓展的初步思路。  一、锂电池在船舶动力中的应用  目前船舶使用最多的动力系统是柴油机船舶动力系统,但柴油机动力系统存在着许多的问题。第一,柴油机使用的是重油或是不可再生能源,资源压力大,使用成本也极高。第二, 柴油机运行中产生的噪音、振动问题难以解决。第三,柴油机的废气废料排放问题极其严重,对环境造成的污染。  随着对环境污染、资源紧缺等问题越来越重视,航运业污染问题也受到越来越多人的关注。船舶是排放大户,近年来各国航运业积极行动,不断推动和拓展绿色船舶技术的应用。  虽然业界关注的船舶新能源种类众多,如LNG、甲醇、LPG、生物质燃料、太阳能、氢气、燃料电池、锂电池等,但真正能够实现零排放,并在海运业逐步推广且具初步市场规模的新能源动力,目前只有锂电池电动船舶。纯电池动力船舶主要适用于航线固定、航程短、补点便捷的场合,对于航线距离相对较长的场合,柴电混合动力则更能兼顾节能减排与航程适应性。  1. 锂电池在纯电动船舶的应用  相较传统的推进系统,电力推进系统具有经济性良好、操纵灵活、安全性高、振动小和可靠性高等特点,电力推进系统现广泛应用于渡轮、挖泥船、拖轮和大型邮轮等。随着电力电子技术快速发展以及能源危机日益加剧,电力推进替代传统的柴油机推进成为不可阻挡的趋势。  电力推进技术依靠其在机动性、可靠性、运行效率、布置灵活性、经济性、易于维护等方面的巨大优势,广泛应用于工程船、油船、豪华游船等船舶上。在世界各国都在追求可持续发展、倡导低碳经济的今天,其将成为未来绿色船舶的前进动力。  在国外,几个大的船舶电力推进生产厂商都有自己的电力推进系列产品,并已将其投入实际运行中,例如ABB公司的Azipod推进系统,J、Siemens公司与Schottel公司的SSP推进系统。然而,船舶电力推进一直面临着一个技术难题,即频繁的负载扰动给推进系统的性能带来了重大影响。一方面,海洋环境复杂多变,风、浪、流对负载的影响不可预知,带来的扰动也在不断变化;另一方面,某些工程船(破冰船、挖泥船、海上钻井平台等)在作业时除了受环境干扰以外,其负载功率需求还随工况要求等客观因素的变化而变化,会产生巨大的负载扰动。显然,这些负载扰动会给船舶电网带来巨大冲击,对船舶推进系统的性能有着巨大影响。解决该问题的一个办法是采用能量存储技术。储能单元可以提高系统的稳定性,在电力系统遇到扰动时,其可以瞬时吸收或释放能量,平复扰动给系统带来的影响,增强系统的稳定性。近年来,大容量存储技术飞速发展,几个大的储能单元生产商(如Corvus Energy公司和Maxwell公司)都在生产自己的大容量储能产品并将其投入到实际运行中。  2. 锂电池在混合动力船舶中的应用  混合动力船舶过去通常指的是柴−电混合动力船舶,但随着船舶新能源技术逐步得到推广,以太阳能、燃料电池LNG等为代表的新能源技术开始在船舶上应用,使混合动力船舶定义越来越广。混合动力船舶包含了以电能为中心的多种能量来源,其多样性赋予了船舶运行灵活、经济的优点,而不同能量来源只有通过管理,充分利用各自的特性、协调控制它们之间的流动,才能在保证船舶的功能性、安全性的同时,有效降低能耗、减少排放。  在混合动力船舶中,锂电池主要有两大作用,供能和储能。锂电池可以根据船舶不同的使用要求进行方案设计,主要有以下应用:  1)电力保留,防止船舶失电。  2)削峰填谷:可以在负荷最大的时候,通过锂电池短期供电;负荷较小的时候,电网给锂电池进行充电补充。  3)弥补发电机组的特性不足:可将突加的负荷转 移到电池组上承受,有效地规避了“闷车”风险。  4)作为电力直接对电网进行供电:船舶不配备柴油发电机,直接采用电池系统对船上的设备进行供电,推进系统采用电动机提供动力,就可以实现船舶“零排放”。  二、锂电池在船舶储能中的应用  在多数情况下,船舶电力推进系统都是内燃机驱动发电机组为系统供电。由于海洋环境复杂多变,负载是变化的,当负载偏离最佳负荷点时,燃油就会得不到充分燃烧,燃油的利用率随之大幅度下降,同时会产生大量的氮氧化物和硫氧化物,对环境造成污染。  能量存储技术是解决这一问题的办法之一。利用储能单元在系统轻载时将多余的能量储存起来,来防止该能量对电网的冲击。在系统过载时,储能单元释放能量来满足负载的需求。能量存储技术已经很好的应用于电动汽车行业。而大容量能量存储技术的发展,使得储能单元应用于船舶电力推进系统成为可能,利用储能单元来克服功率波动对船舶电力推进系统的影响将是未来船舶推进技术发展的新方向。  储能系统可增强汽轮机功率提升能力,提高汽轮机调速水平,改善电网质量,实现发电的平滑输出,从而增加了系统的稳定性和可靠性。同时,储能系统也能将多余的能源储存起来,一定程度上提高了船舶运行的经济性。另外,由于船舶所处环境较为恶劣,且长期远离陆地,遇险救援时效性较差,因此,对于保证安全的电力系统要求很高。储能系统作为电力系统最可靠的能源,是保护船舶安全的最后一道屏障。  根据储能载体区分,储能方式主要分为电化学储能、物理储能和电磁储能三种。其中电化学储能主要包括电池储能和超级电容器储能;物理储能主要包括抽水储能、高压空气储能和飞轮储能;电磁储能主要包括超导储能。  在各种储能方式中,抽水储能、压缩空气储能因为响应速度慢,不能满足船舶的要求。超导储能能量密度过低、成本过高且技术成熟度不高,实际运用中可靠性和经济性都不高,也不适合应用于船舶。船舶中主要应用的储能方式为电池储能、超级电容器储能和飞轮储能。超级电容器储能和飞轮储能两种储能方式都具有响应快、比功率高的特点。相比起来,超级电容器储能比功率更高,但比能量极低,放电时间极短,成本更高。  电池储能中,铅酸电池和锂电池是当前应用较为广泛的电池。两种电池均具有额定功率高,放电时间长的优点。相比起来,铅酸电池技术更为成熟,成本较低,安全性较高,但比能量远低于锂电池,且环保性很差。锂电池本身电池特性更为优越,但技术成熟度还不高,散热问题较为严重,安全性不足。用作动力源的锂电池,按电芯材料分类,主要有三元锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂等几种,目前主流应用的是三元锂电池和磷酸铁锂电池。三元锂电池能量密度最大,但是出于安全原因,在电池管理系统需要投入更多资金,一定程度上限制了三元锂电池在国内船舶的应用。磷酸铁锂电池技术己相当成熟,广泛应用在陆用交通、 太阳能和风力发电发电储能、电动工具等领域,大规模的生产也使电池价格回落到较为合理的空间。结合国内船舶实际和电池产业现况,磷酸铁锂电池在船舶领域发展较快。  三、锂电池在船舶中应用的政策和规范  1、政策基础  为了推进新能源在船舶产业领域的应用,国家和地方出台了一些针对锂电池在船舶领域应用的政策。国家层面,虽然没有专门针对电池动力船舶的鼓励政策,但相关政策可见于各文件中。  2018年 11月30日,交通运输部印发《船舶大气污染排放控制区实施方案》,鼓励船舶使用清洁能源、新能源、船载蓄电装置或尾气后处理等替代措施以满足船舶排放控制的要求。  2019年 1月 4日,生态环境部等 11部委联合印发《柴油货车污染治理攻坚行动计划》,鼓励淘汰使用20年以上内河航运船舶,依法强制报废超过使用年限的航运船舶,推广使用纯电动和天然气船舶。  2019年 9月,中共中央国务院印发实施《交通强国建设纲要》,特别强调加强新能源在船舶行业的应用研究,要求推广新能源、清洁能源等技术装备,提升新能源船舶设计建造能力,强化新能源等前沿关键科技的研发。  2020年 6月,交通运输部发布《内河航运发展纲要》提出:加大新能源、清洁能源推广应用力度,推广 LNG节能环保船舶,探索发展纯电力、清洁燃料等动力船舶。  地方层面,各地方政府出台的政策更具针对性,这些政策的发布与实施极大地推动了当地电池动力船舶产业的发展。如深圳市制定的《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》、广州市制定的《广州港口船舶排放控制作战方案(2018-2020年)》、武汉市制定的东湖等封闭水域禁止运行燃油船舶的要求,以及湖北省即将出台的禁止封闭水域运行燃油船舶的规定等。  2、规范基础  电池动力船舶属于较新的船型,船舶及相关产品的设计尚处探索期,政策法规尚处于完善期,无论国际还是国内相应的法规都不够健全。  国际方面,纯电池动力船舶的相关标准分散在国际海事公约、检验法规、船级社规范和船舶及相关行业之中,但尚未形成体系。SOLAS公约规定了电源及发电机组的要求,但一直没有将纯电池动力引入到公约当中,成为制约国际航行电池动力船舶发展的一个重要因素。《国际海运危险货物规则》规范了电池组运输的要求。部分船级社针对电动船也发布了相关的指南和要求。国际电动委员会(IEC)发布了22项涉及船舶电气、蓄电池及燃料电池安全、性能、防爆领域的标准。这些标准在一定程度上满足了电池动力船舶的要求,但未形成系统和完善的应用规范。  国内方面,电池动力船舶的相关标准制定基本能够满足现阶段电池动力在船舶上的应用。国内标委会制定了与 IEC对口的相关行业标准 22项,能够为当前电动船舶的设计建造提供一定借鉴。2019年11月,中国船级社发布《纯电池动力船舶检验指南》。自 2011年起,交通运输部海事局组织开展了电池动力船舶技术规范的制定工作。并于 2019年 7月 23日发布《内河船舶法定检验技术规则(2019年修改通报)》,2019年 11月 13日发布《内河船舶法定检验技术规则(2019)》,针对内河船舶电气要求和磷酸铁锂电池的性能特点,制定了相应的技术要求。规则的出台,大大促进了船舶行业电动化的快速发展。另外,东疆海事局在内河电池动力船舶规范基础上,继续积极推进沿海电池动力船舶技术规范的制修订工作,磷酸铁锂电池在海船上的应用已纳入 2020年船舶技术修订重点工作。同时将加快推动研究制定船用锂离子电池基础通用性能和试验标准。  四、锂电池在船舶中的应用现状  电池动力船舶是目前国际上最新颖的船型之一,其电气化特点能够为下一代智能船的发展提供基础。其设计和建造并不是动力系统的简单替代,需要设计和建造理念的革新。对于设计和建造部门来讲都是巨大的挑战。其船舶系统及功能的配备、设备操作和船员技能的要求、作业环境对船舶的影响、事故和风险的预防处置等方面较常规动力船舶更为复杂。各船级社、海事部门等都处于研究起步阶段,相关研究和设计体系尚不完善。  1、产业现状  从全球范围看,电池动力船舶的应用正处于探索、示范期,运营经验不足。截止 2019年 5月底,全球电动船舶数量为155艘,其中包括营运船舶 75艘,拟建造船舶80艘,已实现1000KWh到 4000KWh之间较大容量电池动力船舶的应用。电池动力的选择上既有磷酸铁锂电池,也有三元锂电池。我国内河已建纯电池动力船舶 20余艘,在建及计划建造纯电池动力船舶 10余艘。2015年以前,我国电池动力船舶的应用仅限于 600KWh以下的小型船舶 ;2015年以后,使用的最大电池容量达到 3000KWh,且全为磷酸铁锂电池。我国电池行业发展相对成熟, 但是船用产品及其配套产业占据的市场份额较小,参与船用电池认证的企业较少,仍存在较大发展空间。电池动力船舶的核心部件是为推进电池及其配套的电池管理系统。在全球前十的电池制造商中,国产厂家占到五家。2020年第一季度国内动力电池装机量合计约 5.68GWh, 涉及的装机动力电池企业 51家,其中宁德时代、比亚迪、国轩高科、 亿纬锂能、中航锂电等是排名靠前的企业,主要装机产品是新能源汽 车。国内锂电池配套船舶作为动力源,必须经过中国船级社(CCS)的资质认证。截至 2019年10月,中国船级社已完成和正在进行的船用电池产品认证共 37项,其中 15项动力电池项目、5项电池管理系统项目已经完成审核工作。在电池管理系统方面,中国船舶重工集团公司第 712研究所、711研究所、704研究所已具备纯电池动力系统及整船解决方案的设计和供货能力,无锡赛思亿已具备船舶直流网电力推动系统、混合动力推进系统、试验站用电系统的供货能力,中车上海汉格已具备直流电力推进系统、交流电力推进系统、ESS节能系统的供货能力。  2、港口配套现状  港口配套设施特别是充电设施是限制电动船舶发展的因素之一。截至2018年底,我国已建成岸电 2400余套,这些设备使用中存在与船舶供电不匹配等诸多问题,并且不能直接为纯电池动力船舶进行充电,但是为电池动力船舶获取动力提供了较好的硬件基础。随着《船舶大气污染物排放控制区实施方案》的持续推进,特别是船用岸电使用方面政策的强制实施,全国岸电的配套规模和区域有望进一步扩大和提升。  五、锂电池在船舶应用中的问题  1、缺少统一规划  一是电池动力船舶推广缺少统一部署。在电池动力船舶的应用和推广中,锂电池生产企业、电力企 业、配套企业各自推进,缺少国家层面的宏观规划,技术研发、发展路径、推广模式缺少统一的规划和指导。目前,我国只有个别省市出台了电动船建设、改造补贴方案,如《深圳市绿色低碳港口建设补贴资金管理暂行办法实施细则》《广州港口船舶排放控制补贴资金实施方案》,积累了一定的经验。同时,由于电池动力船舶虽然使用成本低,但前期投入较多,电池动力船舶推进系统的造价一般是传统动力系统的 2.2至 2.5倍。由于电动船产业规模较小,国家对新建、改建电池动力船舶并未出台专门的补贴政策,在电价优惠、岸电规划方面缺少统一的部署。二是缺少对锂电池全生命周期的规划。锂电池的生命周期受使用环境、充放电循环工况等因素的影响,电池一旦老化,安全风险会急剧增加。电池的负荷状态(SOC)由100%降低到 80%一般认为电池即将寿命终止,按照目前的技术标准, 厂家承诺的电池寿命为 8年,而船舶的寿命按照 20~30年计算,在船舶的生命周期内要进行三到四次的电池更换,对于电池的生产、使用、报废、分解以及再利用等整个生命周期的综合处理,缺少相应的政策引导。  2、技术法规不完善  一是船用标准尚未建立。锂电池根据不同的应用领域其性能标准不尽相同,目前船用锂电池性能标 准参用电动汽车的相关标准,基础通用性能和试验标准还未形成。考虑到船用锂电池蓄能能力是车用锂电池能力级别的几十倍甚至上百倍,且船用产品工作环境更恶劣、 安全性能要求更高,因而船用试验标准引用 IEC及国标电动车标准,存在一定的局限性和不适用性。船用标准的构建和完善是目前急需解决的问题。  二是检验法规尚不完善。虽然相关海事局已经编制了内河动力船舶技术规范,但是由于船用锂电池产业能力偏弱,尚不具备向长途、 大功率船舶供货的能力,因而对于沿海电池动力船舶相关法规的编制尚处于起步阶段。  三是锂电池作为船舶动力应用的研究有待进一步深入。电池动力船舶根据能源形式一般可归为两类:纯电池动力船舶和混合动力船舶。由于电池动力船舶实船较少,对此类系统的安全性、动力匹配性研究及积累的经验尚显不足。两种技术路径的优劣还有待实际运营的验证, 缺少数据积累。纯电池动力的安全性差、能量密度低,以及一次性投入成本太高等缺点,是制约其在船舶领域大规模应用的主要障碍。动力电池作为大容量储能元件,其本身具有起火爆炸等隐患,在船舶航行中存在电池失效、控制系统失效风险,在船舶操纵过程中存在因故障、特殊天气条件导致的安全返航风险,在船舶停泊充电期间存在船岸操作安全事故风险等。  3、企业技术水平不高  电池动力船舶的整体性能取决于两个方面:船舶设计建造水平和关键部件(如动力电池和能源管理系统)生产质量。  船舶建造设计方面,依然处于初级阶段,目前的电动船依然是能源动力的替换,需要按照电动能源的性能特点,进行创造性的设计革新。  就电池动力和能源管理系统而言,并未形成具有明显市场优势的电池系统供应厂商以及推进和动力供应商,核心部件和产品与国外存在一定差距,船用电池系统、船用电池动力制造能力尚且不足。  4、船型应用受限  目前国内锂电池动力船舶的容量一般控制5000KWh以下,其续航里程受充电装置、充电时间的限制,其应用仅限于在短途客运、渡轮、景区旅游客船、短途定航线货船领域。  六、磷酸铁锂电池在船舶中应用的优势  新兴的“锂电池电动船舶”以绿色环保、零污染、安全以及使用成本低等优点,将成为内河、湖泊的短距离运输船、观光船、轮渡船等的首选船舶。而作为锂电池家族最安全磷酸铁锂电池,伴随着近年来相关锂电池技术在安全、长续航、大功率、长寿命等技术难题的突破,磷酸铁锂电池以其相对较低的价格,较高的能量密度简易的维护,以及优异的安全性能将成为电动船舶发展的优选能源。相对于其它锂电池,磷酸铁锂电池应用于船舶具有以下优势:  1)磷酸铁锂电池安全性更高  磷酸铁锂电池安全性和耐高温性能优异正交橄榄石结构的LiFePO4 正极磷酸铁锂电池是目前最安全的锂离子电池正极材料,且不含有对人体有害的重金属元素,其橄榄石结构的晶体结构构架稳固,氧(O )与磷(P)以强共价键牢固结合,使其结构中的氧难以与电解质发生氧化反应,即便在高温情况下也不会形成结构崩塌发热,这能够很好的保证电池充放电过程的稳定性与安全性,磷酸铁锂电热峰值可达 350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广(-20℃~+75℃),其优异的高温性 能、安全性方面具有突出的优势使其成为中大容量、中高功率锂离子电池首选的正极材料。  2)磷酸铁锂电池的使用寿命更长  磷酸铁锂电池,完整充电循环寿命在 2000 次以上,标准充放电(5 小时率)使用,一般可达到 2000 次。而铅酸电池的循环使用次数在 300 次左右,最大一般不超过 500 次,使用年限多在 1~1.5 年时间,相同条件下的磷酸铁锂电池理论寿命将达到 7~8 年。并且磷酸铁锂电池具备大电流放电能力,也可使用大电流 2C 快速充放电,而铅酸电池现在无此性能。  3)量产产品单位能量密度较高具备价格优势  据报道,2018 年量产的方形铝壳磷酸铁锂电池单体能量密度在 160Wh/kg 左右,2019 年一些优秀的电池厂家大概能做到175-180Wh/kg 的水平,个别厉害的公司量产的磷酸铁锂电池单体能量密度最高已突破 190Wh/kg,目前市场上已经有攻克磷酸铁锂电芯 200wh/kg 的高难度,并且磷酸铁锂体系还可继续提升能量密度,随着市场对未来电动船舶市场、储能市场的看好,未来磷酸铁锂电池应用在电动船舶领域的比例增多的同时必然会在能量密度将迎来较大的发展,同时单位价格也会呈现下降趋势。  4)绿色无污染的环保产品  磷酸铁锂电池一般不含任何重金属与稀有金属无毒无污染(由 Societe Generale de Surveillance S.A.认证通过),且符合欧洲《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令(Restriction of Hazardous Substances) 规定,是绝佳的绿色环保电池。  七、磷酸铁锂电池在电动船舶中应用的主要船型  当前纯电动船舶在观光客船、景区画舫、沿江沿海渡船、和内河货船、港口拖船、江海联运散货船、集装箱船等多种船型等船型均有应用,船型方面包含客船、渡船、旅游船、公务船、工程船、干散货船、集装箱船等多种船型。不过现阶段超过 5000 吨级的中大型船舶完全锂电化难度依然较大。目前结合当前政府在船舶电动领域的推广情况和内河、湖泊区域的环保要求来看,未来一段时间内船舶电动化尤其是纯电动船将主要在内河水域、湖泊等相对封闭水域获得较大发展,主要集中在沿江沿海城市渡船、观光船、内河 (湖)货船、港口拖船等市场 。且这些船舶吨位多集中在 2000 吨以内的船舶类锂电池在汽车、电脑等方面已有大量的应用,但船舶市场应用相对较少。目前,大容量电池储能系统、电池管理系统等关键技术已有了重大突破,而且各国政府环保政策等外 部因素的推动,也为船舶电池应用的发展提供了强有力的后盾。船舶的锂电池应用应该以此为契机,进行发展及推广, 以满足日益严格的环保要求。  八、行业龙头锂电池公司介绍  1. 宁德时代  宁德时代新能源科技股份有限公司成立于2011年,是国内率先具备国际竞争力的动力电池制造商之一,专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、生产和销售,致力于为全球新能源应用提供一流解决方案,核心技术包括在动力和储能电池领域,材料、电芯、电池系统、电池回收二次利用等全产业链研发及制造能力。2017年该公司动力锂电池出货量全球遥遥领先,达到11.84GWh。已与国内多家主流车企建立合作关系,并成功在全球市场上占据一席之地,也成为国内率先进入国际顶尖车企供应链的锂离子动力电池制造厂商。  2. 比亚迪  比亚迪业务布局涵盖电子、汽车、新能源和轨道交通等领域,从能源的获取、存储,再到应用, 全方位构建零排放的新能源整体解决方案。在新能源领域,比亚迪拥有电池、太阳能、储能等新能源产品及完整的产业链,产品遍及美国、德国、日本、瑞士、加拿大和澳大利亚等新能源发达市场和新兴市场。  3. 亿纬锂能  惠州亿纬锂能股份有限公司(简称:亿纬锂能)成立于2001年,于2009年在深圳创业板首批上市,历经21年快速发展,已成为具有全球竞争力的锂电池平台公司,同时拥有消费电池和动力电池核心技术和全面解决方案,产品广泛应用于物联网、能源互联网领域。  4. 国轩高科  国轩高科股份有限公司于1995年01月23日,公司经营范围包括锂离子电池及其材料、电池、电机及整车控制系统的研发等。2019年10月22日,“2019全球新能源企业500强榜单”发布,国轩高科股份有限公司位列第185位  5. 鹏辉能源  鹏辉能源(深圳创业板,股票代码300438)成立于2001年,注册资本4.2亿元人民币,鹏辉是一家20余年来一直专注于锂电池生产制造与研发的高新技术企业。公司业务范围已覆盖数码消费类电池、新能源汽车动力电池、储能电池以及轻型动力电池、电动工具电池等众多领域,全面实现了新能源产业链的完美覆盖,并率先实现规模化生产,拥有自主知识产权,主要技术指标处于国内、国际先进水平。  6. 中航锂电  中航锂电成立于2007年,是由中国航空工业集团公司、中国空空导弹研究院、四川成飞集成科技股份有限公司、中航投资控股有限公司、航建航空产业股权投资(天津)有限公司、江西洪都航空工业股份有限公司、洛阳兴航投资有限责任公司共7家单位,共同投资建设的专业从事锂离子动力电池、电源管理系统研发与生产的高科技公司,是一家拥有先进管理、技术、制造能力的现代企业。公司位于河南省洛阳市国家高新技术开发区,专业从事锂离子动力电池、电源管理系统的研发和生产,是国内领先的生产100AH以上高倍率、长寿命、大容量锂离子动力电池制造专业公司,是承担国家863重大专项“大容量磷酸铁锂动力电池及动力模块技术开发”的单位。

作者: 刘吉波 详情
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知道锂电池,那你听过钠电池吗?

锂电池想必大家都不陌生,三元锂电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池等品类还能说道一二,但要提起他的“孪生兄弟”钠电池,相信大多数人可能就不那么熟悉了。  那么在锂电池如日中天的当下,冷落了许久的“钠电池”为何又开始受到业界关注了呢?  正好借着近日100千瓦/200千瓦时水系钠离子储能系统在金华投运的机会,小e带大家一探究竟。  首先,我们先搞明白什么是水系钠离子电池。  “水系”顾名思义就是用水作为电解质,由钠离子在正负极之间来回移动,从而完成充放电的一种电池。水系钠离子电池原理图  和锂电池的工作原理如出一辙,都属于“摇椅式”二次电池(即可反复充放电),但差别就在于介质不同和电解液不同,一个用锂离子,一个用钠离子,一个用有机溶剂,一个直接用水。  相较锂电池,水系钠离子电池有什么突出的优势呢?  电池性能更加优秀  钠离子的溶剂化能比锂离子更低,即具有更好的界面离子扩散能力。同时钠离子的斯托克斯半径(离子在溶液中受到水分子阻碍的程度)小于锂离子,那么同等浓度钠盐的电解液具有更高的离子导电率,这就意味着钠离子电池具有更强的功率输出和接收能力。  耐候性更具优势  钠离子电池的工作温度范围-40℃~80℃,目前商业化产品可以做到-20℃时容量保持率80%的水平,相较于锂电池60%~70%的容量保持率具有明显优势。  有了这个电池,即使在寒冷的北方以及高温环境都能运行良好,对于一些储能项目,也能降低空调系统的功率配额。  安全性更具竞争力  在大规模储能应用中,锂电池单体差异性随着充放电可能会出现过充过放导致电芯内部温度发热失控,进而引发有机电解液燃爆风险。  但水系钠离子电池就不存在这个问题,由于电池内阻相对较高,发生短路时的热量较小,温升相对较低,再加上钠电池的电解液为水,因此在安全性上,水系钠离子电池更胜一筹。  据项目负责人介绍,通过在项目中开展电芯穿刺等破坏性实验,验证了钠离子电池实际安全性更高。  制造成本优势明显  锂元素在地壳丰度仅为0.0065%,而钠元素的地壳丰度为2.64%,且资源分布广泛、提炼简单、价格低廉。  活性材料(正极、电解质)中的锂化合物被钠化合物替代,这就可以用铁、锰等廉价金属大量替代正极中较贵的钴、镍等金属。  由于金属钠不与金属铝形成低共熔合金,正负极集流体均可采用廉价的铝箔,替代锂电池中较贵的铜制负极集流体。  水系钠电池和同等容量的锂电池相比,成本可以降低一半以上。  既然相比锂电池,钠电池有那么多优势,为何会姗姗来迟呢?  这就得说到钠电池的缺点了。  能量密度较低:钠电池的能量密度较低,如果要制造相同容量的电池,钠电池的体积较锂电池,体积更大重量较重,这就导致它不适用于小型电子产品。  技术不成熟:相比锂电池,钠电池的技术还不成熟,需要更多的研发和改进,以提高其性能和可靠性。  首先电池本身的电极材料是当前水系钠离子推广发展的主要障碍。原因就在于水系电解质存在水解导致析氢和析氧副反应,因此正极材料要考虑抑制水分解的材料,而在负极材料选择同样要考虑负极枝晶效应,枝晶堆集容易刺穿隔膜从而引起电池短路,降低电池容量和循环寿命。而在储能应用中,发挥储能系统的最大能力并能维持尽量长的生命周期的技术难点,就在于每一个水系钠离子电池单体在生命周期内能否保持如一的性能。同时如何构建适应水性钠离子电池特性的系统堆叠方式和工作策略也是一大难点。  当然,如果是建设大型储能站,钠电池能量密度较低的缺点就显得不那么扎眼了,毕竟不像是手机、相机等小型电子产品和电动汽车等,需要兼顾体积和续航,对电池的能量密度有很高的要求,大型储能站在安全性和使用寿命上的权重更重。  为了让水系钠离子电池和电网顺利“牵手”,国家电网的研究人员着实费了一番周折:  1.移花接玉:优化设计单体电池  研究人员在长达数月的实验对比中,最终敲定钠盐水溶液的配比参数,锰基金属氧化物为正极材料,聚阴离子型钠基化合物为负极的包覆材料,通过借鉴锂电池的测试标准,对其电化学性能和安全性能进行测试与评估,最终发现研制的水系钠离子电池单体的电化学性能和安全性能基本达到了电网储能要求。  2.摸石头过河:独创储能集成系统  电池单体试验的成功只是第一步,能量管理策略的优化,是电池储能系统的重中之重。  研究人员介绍,“目前200千瓦时级别项目中,没有参照的实验数据,完全是摸着石头过河。”  在系统集成技术的试验中,研究人员发现一个非常有意思的现象,水系钠离子电池的放电曲线和锂电池基本吻合,依照这一特性,研究人员直接将锂电池储能系统“拿来”,并将之与水系钠离子电池做了必要的优化和适配,一个全新的储能管理系统就此出炉!  同时,100千瓦/200千瓦时水系钠离子储能系统项目还摈弃传统直流侧电池簇并联方式,而采用更加高效的电池簇交流耦合方式。交流耦合储能系统通过逆变器将电池存储的直流电转换为交流电,从而可以直接与交流电网连接。同时,交流耦合方式可以根据每个电池簇的荷电状态和健康状态、温度状态调整充放电倍率,从而延长电池寿命,提高系统能力转换率。  这就意味着系统也可以根据电价、电池状态、预测的负载和发电量等因素动态调整电池的充放电行为,起到削峰填谷的作用。  以金华储能项目为例,电池单体达到了40瓦时/千克的能量密度,循环放电次数来到了5000次,且容量衰减可逆,可以保证10年间都维持在较高的充放电水平。  作为百千瓦时级水系钠离子电池储能系统首次实地应用,金华储能项目为未来水系钠离子电池技术的开发和应用提供了实践经验,应用前景广泛:  实现用户侧负荷优化管理。通过接入调度自动化系统与配网自动化系统,实施光储充+负荷侧管理场景应用示范,可以形成各方互利共赢的局面。  满足临时性储能备电的需求。如在分布式数据中心、大型活动保供电现场,水系钠离子电池不但高效稳定,而且更加安全可靠。  扩大离网微电网适用场景。由于系统耐候性强,可基于风力发电、光伏发电和智慧路灯系统交流耦合,这就意味着在高寒地区、高温环境下的离网微电网有了更强的适应能力。  突出的应用性能、低廉的设备成本、稳定的安全性能,水系钠离子电池未来可期!

作者: 中国·蓄电池网 详情
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10亿元!年产2GWh钠离子电池项目落户江苏

3月29日,江苏省扬州市宝应县山阳镇与明阳集团、赢古科技在县政府举行年产2GWh钠离子电池项目签约仪式。  该项目总投资10亿元,其中固定资产投资6亿元,形成年产2GWh钠离子电池的设计产能。  项目投产达效后,可实现年开票销售10亿元,入库税收5000万元以上的规模。

作者: 中国·蓄电池网 详情
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钠离子电池,分庭抗“锂”靠什么?

近来,随着钠离子电池“上车”的消息频出,钠离子电池产业化落地更加明朗。  2023年12月27日,全球首款搭载钠离子电池的电动汽车江淮钇正式下线,新车已于2024年1月5日开启批量交付。该车型定位于A00级微型电动车,目前售价5.99万起。据悉,江淮钇搭载的是中科海钠科技有限公司供应的独创的钠离子圆柱电芯,该电池具有蜂窝电池结构,具备“永不自燃”的安全特性。  2023年12月28日,江铃集团与孚能科技合作推出的首款钠离子电池纯电A00级车型江铃易至EV3(青春版)也正式下线。  在江淮和江铃之外,奇瑞、比亚迪等电动四轮车企和淮海等电动三轮车企都有清晰的钠离子电池上车计划,或者已经向中机车辆技术服务中心申报了相关车型;雅迪、台铃、新日等电动两轮车企则推出了搭载钠离子电池的车型。这些企业成为钠离子电池产业的助推者。  对此,第三方电池行业研究智库、真锂研究创始人墨柯表示,钠离子电池技术成熟后,势必会侵分部分铅酸电池及磷酸铁锂电池的市场。  不过,这将是一个漫长且曲折的过程。2021年,钠离子电池因锂价疯涨而迅速崛起,但随着锂价归位,钠离子电池的成本优势将不再突出。钠资源何以成为风口?  钠离子电池最早引起关注始于2021年动力电池巨头宁德时代的突然入场。  2021年7月29日,宁德时代对外发布了其第一代钠离子电池,宣称其电芯单体能量密度达到160瓦时/千克,为目前全球最高水平。这种电池在常温下充电15分钟电量可达80%;在零下20摄氏度的低温环境下,仍然有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上。  2021年9月16日,宁德时代董事长助理孟祥峰曾透露,2022年宁德时代将有一条钠离子电池生产线投产运行。由此,宁德时代彻底引爆了中国钠离子电池产业的创新热潮。此前,中国做钠离子电池创业的公司屈指可数,随着宁德时代的抛砖引玉,钠离子电池创业公司便如雨后春笋般涌现。  其实,钠离子电池在风口“起飞”,离不开两个关键因素,其一是钠资源量大且易得。从储量来看,钠资源在全球的陆地或海洋中均有广泛分布。资料显示,钠资源在地壳中的储量高达2.75%的丰度,是锂资源的420倍。我国的矿石、盐湖、海水中均有钠资源的分布,相较仅存在于盐湖卤水或矿石中的锂资源更易得。其二是锂资源价格“过山车”式的涨跌幅度让业内叫苦不迭。以电池级碳酸锂产品为例,从2020年年底到2022年11月,该品类的价格经历了从最初的几万元/吨上涨到最高接近60万元/吨。而在2023年,碳酸锂的价格全年跌幅超过80%,这让电池企业的成本压力陡增。  基于这两点,钠离子电池产业迅速升温。在短短两年多时间内,国内的钠离子电池创业公司已达100多家,以至于有业内人士称:“2021年下半年之后,几乎每周都有一家钠离子电池公司诞生。”  据高工锂电统计,2023年至2025年,钠离子电池企业有效产能将分别达到19吉瓦时、25吉瓦时和60吉瓦时。  能在短时间内做到从中试到量产上车,与钠离子电池的独特产品性能分不开。相较锂离子电池,钠离子电池具备五大优势。第一,钠离子电池具有优异的低温性能,能够弥补目前锂离子电池低温特性差导致冬天续航里程衰减的缺点。第二,虽然钠离子电池目前能量密度略低,是磷酸铁锂电池的80%左右,但其能量密度提升速度较快,未来2年可提升至160~180瓦时/千克,接近磷酸铁锂电池,未来5年更是有望达到200瓦时/千克,成本优势将进一步突出。第三,相较锂离子,钠离子的电导率更高,快充性能更强,可以大幅提高充电速度。第四,钠离子电池可以完全放电至0伏,可以0伏存储和运输,提高了运输的安全性。第五,钠离子电池在使用过程中的电压曲线更具可测性,能够更加精确地估算整车剩余里程。  从目前上车的电动汽车车型来看,不管是已经量产的车型,还是在规划中即将量产的车型,基本以微型车为主。  依据汽车的轴距、排量、重量等参数可以将汽车划分为A、B、C、D、E、F级车,字母顺序越靠后,该级别车的轴距越长、排量和重量越大,豪华程度也不断提高。其中A级车又可以分为A00级、A0级和A级三类,前两类车都属于紧凑型的近距离代步车,对车的续航里程没有太高要求,所以很适合采用能量密度相对较低的钠离子电池。例如,近期江淮下线的钠离子电池花仙子车型续航里程为252千米,江铃下线的江铃易至EV3(青春版)车型续航里程为251千米;再如搭载宁德时代钠离子电池的奇瑞QQ“冰淇淋”车型,其续航里程预计为120千米或170千米。  此外,钠离子电池的高安全性和低温性能,在丰富多样的储能市场有望占有一席之地,成为与磷酸铁锂齐头并进的主流技术路线,但目前钠离子电池的循环寿命限制了其在储能行业的推广。分庭抗“锂”靠什么?  尽管钠离子电池上车已崭露头角,但这并不意味着钠离子电池短期内可以跟磷酸铁锂“硬钢”。  从发展阶段来看,钠离子电池行业还处于起步阶段。中国工程院院士陈立泉公开表示,钠离子电池的成本有望比磷酸铁锂电池低20%以上,但这需要完善产业链、提高技术成熟度以及实现规模效应。  伊维经济研究院研究部总经理吴辉认为,钠离子电池产业化要满足三个条件:首先,技术参数指标如能量密度、循环寿命、安全性、低温性能和倍率性能必须达到要求,并且可控制致命缺陷;其次,需要从中试线转向量产线,并进行规模化建设,同时展示下游示范应用;最后,通过培养产业链上下游来降低物料成本,并利用规模效应和设备自动化来降低制造成本。  根据吴辉的调研,目前钠离子电池产业主要为中试线,并未实现真正意义上的大规模量产,0.7元/瓦时的成本依然较高,相较磷酸铁锂电池仍不具备优势。  此外,因价格而略胜一筹的钠离子电池也在2023年迎来锂价暴跌这记“重拳”。  2021年,钠离子电池的骤然火爆源于锂资源的紧缺且价格暴涨,当年电池级碳酸锂价格从几万元/吨上涨到了最高接近60万/吨;如今电池级碳酸锂的价格已相对稳定,维持在10万元/吨左右。  据生意社商品行情分析系统数据,截至2023年12月31日,工业级碳酸锂国内混合均价为9.4万元/吨,与2023年1月1日均价50.4万元/吨相比下降了81.35%;而2023年12月31日国内电池级碳酸锂混合均价为10.3万元/吨,与2023年1月1日的52.5万元/吨均价相比下降了80.38%。  上海钢联分析师郑晓强认为, 2024年碳酸锂市场会围绕下游企业消化库存,预计碳酸锂价格会在8万元/吨~12万元/吨进行宽幅震荡。这意味着钠离子电池降本的速度远赶不上锂离子电池降本的速度,钠离子电池的成本优势就会降低甚至消失。  在2023年4月召开的高工钠电峰会上,浙江青钠董事长王子煊算了这样一笔账:碳酸锂价格为20万元/吨时,钠离子电池的边际成本领先约24%;碳酸锂价格为10万元/吨时,钠离子电池的边际成本领先约12%;若碳酸锂价格回归到5万元/吨,钠离子电池边际成本仅领先约5%。  与此同时,产业界对钠离子电池的高预期并没有实现。2022年,宁德时代研究院副院长黄起森公开表示,在乘用车应用方面,钠离子电池普遍可以满足续航400千米以下的车型需求,通过AB电池系统集成技术,有望使钠离子电池应用扩展到500千米续航车型,这一续航车型会面向65%的市场,应用前景非常广阔。同时,宁德时代正在推进钠离子电池在2023年实现产业化。  但这显然是一个过于乐观的预期。无论是宁德时代未来适配的奇瑞车型,还是头部创业公司中科海钠等已经适配的车型,车的续航里程都没超过260千米。这也说明钠离子电池能量密度的提升,并未如预期那样迅速。  2023年,宁德时代并没有实现钠离子电池的产业化,但钠离子电池长寿命、宽温区、高倍率、高安全、低成本、可与锂离子电池共线等优点仍被业界看好。在2023高工钠电产业峰会上,易事特董事长何佳认为,钠离子电池和锂离子电池会长期共存,只是在不同阶段和应用中分工会有所不同。在某些领域中,锂电池是必须使用的,而在其他领域则可以采用钠离子电池。凭借其多项优势,钠离子电池有望成为铅酸电池的替代品,以及锂离子电池的重要补充。

作者: 袁素 详情
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盘古新能源:钠电处于产业化前夕,发展需要全链条协同

碳酸锂价格回落,市场上对钠电池“平替锂电”的声音趋弱,但经过一年的发展,钠电池产业化加速明显,上游材料端在2023年实现国产化,钠电池成本较去年同期已下降超过七成。  钠电池的热度还体现在融资速度上,无锡盘古新能源有限责任公司(原:深圳盘古钠祥新能源有限责任公司)(简称:盘古新能源)三个月先后完成两轮融资,集结了国资股东,如无锡市市政公用产业集团和无锡云林产业发展投资基金(有限合伙),以及新宙邦、格林美、京山轻工、证通电子、星源材质等上市公司股东,阵容不可谓不强大。  随着资金弹药丰盈,盘古新能源总投资26.2亿元的研发总部及制造基地项目签约落地江苏锡山,该项目规划用地200亩,预计建设钠离子电池研发中心和5GWh的量产产线。  碳酸锂价格日益走低,一定程度影响钠电产业化,但钠电与生俱来的低温性能、高充放电倍率和材料价格低廉仍是广泛讨论的优势。  11月28日,盘古新能源全资子公司深圳盘古钠电有限责任公司总经理吕江英接受了21世纪经济报道记者采访。他谈到,钠电池正处于产业化的前夕,产业化不仅要靠电芯厂,还需要整个产业链包括三大主材(电解液、正极、负极)一起协同努力,争取明年钠电BOM成本降到0.4元以下。三大主材降本明显  盘古新能源由胡明祥与雄韬股份(002733.SZ)于2022年共同发起成立,总经理吕江英在电池也有21年的经验积累,见证了从消费电池、动力电池、储能电池的变迁。  “盘古新能源旗下拥有多款钠电系列产品,其中,盘星系列(高能量密度电芯)能量密度可以达到270Wh/L、盘龙系列(超高功率电芯)可以做到30C持续放电,实现瞬时50C~60C放电、盘山系列(长循环电芯)主要用于储能,产品涵盖了圆柱电芯、方形电芯和软包电芯,32140圆柱电池已经实现量产出货。”吕江英介绍。  在技术路线方面,钠电池正极发展出三种主要技术路线,分别是层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士类化合物。  层状氧化物技术路线由于其出色的能量密度和倍率性能,产业化速度较快,也是盘古新能源目前主推的技术路线之一。  聚阴离子化合物能量密度相对较低,但由于其高稳定性、电化学稳定性以及循环寿命可观,盘古新能源也有相应布局。  “作为一家初创企业,公司目前的规划是先站住脚,圆柱电池批量出货。聚阴离子化合物路线主要是瞄准储能技术路线。”吕江英表示。  除了正极以外,钠电池同锂电池类似,还有负极和电解液两大主材,事关钠电池的产业化进度。  去年,由于碳酸锂价格疯涨,钠电池凭借着钠元素广泛存在于大自然中,吸引了产业和资本的目光,国产化进度明显。  “去年钠电池厂家仅能使用来自日本可乐丽的硬碳负极(椰子壳路线),今年国内厂家生产的负极材料已经可以满足需求。”盘古钠电总经理吕江英表示,国产化提速的同时,也带来产业链的降本效应,国产硬碳负极价格仅为进口的三分之一,电解液从去年的十几万降至现在不到4万元一吨,正极材料下降40%。  “仅用了一年时间,钠电池价格相比起去年下降了50%。”吕江英谈到,整个产业链虽然还没完全成熟,但是已经放量,价格明显下降。钠电处于产业化的前夜  如果给目前钠电池发展阶段下个定义的话,吕江英认为是“产业化前夕”。  这是因为钠电池降本已是确定性事件,吕江英预估明年钠电池价格将进一步下降,盘古新能源目前钠电BOM成本达到每瓦时0.4元,明年3月盘古无锡基地投产,力争明年降到0.3元。  据不完全统计,国内已有宁德时代、孚能科技、比亚迪、中科海钠、鹏辉能源、易事特等多家企业竞逐钠电池。  据电池中国统计,今年上半年,中国钠离子电池规划产能超120GWh。如传艺钠电目前已具备4.5GWh产能;中科海钠2023年阜阳产线计划扩产至3-5GWh。  吕江英谈到,钠电池降本不只是电芯厂的事情,还有赖于三大主材的发展,钠电池供应链还不完善,预估正极材料价格下降20%,负极下降20%~30%,电解液下降30%。  他举了一个例子,钠电池正极若采用层状氧化物技术路线,在高电位情况下,会有产气的情况发生。如果缩减电池电压区间,电池性能有所提升,但是电池能量密度就会下降。“三大主材需要相互配合,钠电池才会跑得更快一些。”  除了材料选型外,虽说钠电池制造环节跟锂电池流程相差不大,但细节决定成败,诸如水分控制、配方摸索、极片干燥等环节都对钠电池性能息息相关。  除此之外,下游生态建设亟待发展,在吕江英看来,两轮电动车试错成本较低,原有的铅酸电池电动车存在大量的替代需求,钠电池有望率先应用,很有可能会率先从诸多场景中胜出。  钠电的低温性能和安全性注定其更适合一些特殊场景,比如东北或者温度低的地区建设储能,在这些场景中,锂电就没有明显优势了。  “锂电池的特点是能量密度高,钠电低温性能甩锂电‘一条街’,有机会占领北方市场,钠电零下20度到30度运行没有问题。”他补充道。  钠矿在大自然中储量丰富,价格平稳,不会出现疯涨疯跌的情况,这是与生俱来的优势,相反锂电池中的关键原材料,碳酸锂、钴、镍等价格大起大落影响终端的价格。  在完成Pre-A轮融资后,吕江英透露,目前公司正在进行下一轮融资。

作者: 林典驰 详情
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总投资80亿元!为方能源贵州钠电正极+钠电池项目签约

10月16日,为方能源贵州大龙年产10万吨锰基钠离子电池正极材料项目开工暨贵州大龙年产20GWh钠电池电芯项目签约仪式举行。  此次开工、签约项目是由深圳为方能源科技有限公司投资。贵州大龙年产10万吨锰基钠离子电池正极材料项目,总投资20亿元,主要建设锰基钠离子电池材料生产线及相关配套设施,一期将建设年产8000吨/年钠锰氧化物(水系)正极材料、10000吨/年锰基层状氧化物(有机)正极材料、2000吨/年硬碳负极材料等钠离子材料自动化生产线。年产20GWh钠电池电芯项目,总投资60亿元,总占地1500余亩,分三期实施建设,全部建成投产后,年产值可达140亿元,年税收不低于4.2亿元,解决就业300人。

作者: 中国·蓄电池网 详情
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钠离子电池磷碳负极材料受热捧 武汉固理新能源获天使投资

9月25日,光谷咖啡创投与业内高容量钠离子电池磷碳负极材料领域企业武汉固理新能源科技有限公司在光谷举办投资签约发布会,助推固理新能源再上新台阶。  武汉固理新能源科技有限公司是武汉理工大学教授及博士团队的创业项目,立志做钠离子电池核心技术推动者,拥有一批稳定从事新能源和新材料基础研究、小试与中试、测试与评估的中、高级专业技术团队。公司是专业从事新能源、新材料相关研发设备和基础材料研究的科技型公司,主营产品钠离子电池磷碳负极材料。  固理新能源创始人陈刚博士在接受记者采访时表示:“公司致力于钠离子电池磷碳负极材料产业化。在钠离子电池四大主材中,负极材料相对不成熟,硬碳虽最接近商用,但存在首效低、容量小和嵌钠电位过低易析钠的缺点。磷碳材料是将红磷以亚纳米尺度弥散于导电碳集体中,作为钠离子电池负极材料具有资源丰富、价廉、容量高、工作电位适中和阻燃等突出优点,也是唯一可在能量密度方面超越硬碳的负极材料。磷碳应用于钠离子电池负极,正如硅碳应用于锂离子电池负极,可提升钠离子电池25%的能量密度。我们开发的磷碳材料,具有成本低廉、容量高、循环和空气稳定性好、倍率特性优异等优势,有望成为第2代钠离子电池先进负极材料。本次签约可以让固理新能源再接再厉、精益求精、勇往直前。”  钠电能量密度和循环寿命是普通电池的数倍,具有低成本、高安全、高容量的特点。钠离子电池应用场景是低速电动车和规模储能,市场规模达到万亿,磷碳之于硬碳(钠电),相当于硅碳之于石墨(锂电)。固理新能源主要做的就是积极推进钠电负极材料的产业化,项目拥有表面原位转换和同素异形体结构转换控制两大核心技术,从而奠定了行业技术优势地位,已实现高容量(>1200 mAh/g)磷碳负极在全电池中稳定循环500次以上,基于钠电在能量密度和安全性等方面的优势,产品性能优良,未来市场空间广阔。  借助成熟的正负极材料体系和关键环节技术创新,武汉固理新能源科技实现了其电池产品综合性能的显著提升。产品实现了能量密度高、快充性能好、成本低、安全性能高的突出优势。接下来固理新能源会努力延长高容量钠离子电池循环寿命的同时,不断追求能量密度的有效提升,相信固理新能源将致力于在成本、性能等方面实现进一步突破,推动钠电负极材料的产业化和商业化应用。  光谷咖啡创投有限公司总经理李儒雄在签约发布会上表示,之所以看好并投资固理新能源科技:“首先项目市场大。钠电元年已开启,万亿市场,产业爆发在即,多方利好之下高能量密度储能技术也得到了政策助力。其次项目团队强、配合度高。项目核心团队来自武汉理工大学,武汉理工大学的材料学科在全国属于A+学科,技术支撑是非常雄厚的,拥有国家重点实验室,公司是武汉理工大学的优势学科的多名博士团队创业项目,团队稳定且技术力量很强,公司创始人兼总经理陈刚博士是武汉理工大学材料学博士,曾设计并管理运行3万吨/年新材料产线。武汉理工大学学科首席教授唐浩林担任项目首席科学家,是国家“万人计划”领军人才,被评为湖北省“产业教授”,希望唐教授的创业团队继续保持技术领先。还有就是今年是钠离子电池产业量产的元年,这个时候进入刚刚好。最后就是项目拥有超大的客户群体,维科技术、蜂巢能源、昌意钠电、超威电源、盘古钠祥、天合储能等都是公司的意向企业,客户的行业示范效应强。”李儒雄对于武汉固理新能源的技术实力和项目团队给予了高度评价,也看重这一领域的发展前景。  本次投资签约,双方将在技术研发、渠道整合、数字信息化、运营推广、品牌宣传等方面建立深入全面的战略合作关系,围绕高容量钠离子电池磷碳负极材料产业链及其上下游进行整合和宣传,依托交流平台,倾力打造电池领域新一代“明星”,助推互利共赢,深挖合作潜力,赋能产业升级,有望中流击水正当其时。

作者: 中国·蓄电池网 详情
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50MW/200MWh!张掖市山丹县东乐北滩一期全钒液流储能项目紧张施工中

3月27日,位于张掖市山丹县东乐北滩百万千瓦级光伏发电基地的山丹县中帛源能源科技有限公司250MW/1000MWh独立共享储能项目现场人声鼎沸,200多名施工人员锚定目标任务,抢抓有利天气,奋力推进项目建设进度。  据了解,山丹县中帛源能源科技有限公司250MW/1000MWh独立共享储能项目,一期50MW/200MWh储能项目总投资约6.3亿元,储能系统选用全钒液流电池,由16套3MW/12MWh储能子系统和1套2MW/8MWh储能子系统组成。项目建成后,可将东乐北滩百万千瓦级光伏发电基地新能源项目配套储能装置集中建设,统一管理,通过电网统一调度、动态聚合、灵活调控,有利于调节电网峰谷平衡,有效提升区域新能源消纳能力与水平,为储能技术深度参与电网调节探索新的途径。  近年来,山丹县坚持“工业强县”战略不动摇,做大做强优势特色产业,围绕产业链、配套供应链、提升价值链,通过抓项目、扩投资、强创新、优布局等系列举措,不断壮大支柱产业规模。目前,该县已在建新能源装装机54.8万千瓦,并网发电 6.6亿度,在建新能源装机容量40万千瓦,新能源产业已成为拉动山丹县经济增长的“强引擎”。

作者: 赵琳 王旭辉 详情
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中石化大连院曹中琦:铁基液流电池技术开发与应用进展

3月10-13日,由工业和信息化部节能与综合利用司指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会(简称“CIES”)在杭州国际博览中心召开。  CIES大会以“共建储能生态链,共创储能新发展”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。  来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的2011余家产业链供应链企业, 53417位线上注册嘉宾将参加本届CIES大会,储能网视频号线上直播11万人参与观看与交流。其中300余家企业集中展示了储能产品,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。  3月11日下午,中石化(大连)石油化工研究院有限公司副研究员曹中琦受邀在长时储能技术及应用专场分享主题报告,报告题目为《铁基液流电池技术开发与应用进展》。以下为报告主要内容:  曹中琦:各位专家、各位同仁大家好!  我是来自中石化大连石油化工研究院有限公司的曹中琦,非常荣幸有这个机会向大家分享大连院在铁基液流电池领域的一些研究进展。  双碳目标的提出促进了我国能源结构向可再生能源的转变。推动了我们储能领域的快速发展。许多专家都提到了风能,太阳能这些可再生能源发电面临着各自的局限性,包括不连续,不稳定,不可控的非稳态特性,使得并网比较困难,而且弃风弃光率比较高。大规模储能技术是实现可再生能源普及应用的核心技术,也是国家的重大战略需求。  我们国家从各个方面发布了储能相关的政策,推动了储能领域的快速发展。现在储能进入了万亿级的赛道,新型的储能技术备受研究者的关注。预计在2030年,我们国家和全球的电化学储能市场规模将达到3600亿元以及8000亿元。  下面我们对于各种储能技术做了统计和对比。由于在前面很多专家还有很多老师都有一些介绍,在这里我不多说了。  全球储能市场规模持续增加,2022年全球储能新增装机容量40.2GW,其中抽水蓄能仍然占据着主导的地位,但其占比首次低于80%;电化学储能异军突起,新增装机容量约20.8GW,占到51.7%,呈现着指数性增长的趋势。  我国也是呈现同样的态势。电化学储能发展非常迅速。这里需要特别关注的是我们国家的液流电池领域的技术成熟度、装机规模都是已经处于世界前列的位置。未来,电化学储能的市场会成为市场的主流,长时储能、商业模式的创新、技术升级是未来发展的主要态势。  我们中石化也在积极布局储能领域。中石化发布了2030年碳达峰的行动方案,也提出储能技术要为绿电的制备,消纳,绿氢炼化发展提供技术基础,是我们中石化自从双碳目标提出之后面临着自己的转型发展。提出了一基两翼三新的发展战略,为我们中石化发展储能技术奠定了基础。  众所周知,大规模储能技术在安全性、环境友好性、以及经济性方面提出了高的要求。我们大连院开展了液流电池领域的研究,主要考虑液流电池具有安全的特性,容量和功率可以独立的设计,对环境是比较友好的,是电化学长时储能首选的技术路线。 并从成本和资源的角度考虑,重点开展铁基液流电池的研究,主要包括铁铬液流电池和全铁液流电池两种技术。  我们首先从电极,电解液,隔膜主要的部件对液流电池技术作为比较详细的分析。从电极方面主要影响电压效率,电密,寿命,也是决定负反应的程度。电解液主要影响的是能量密度,还有容量的稳定性。对于隔膜来说是主要成本的所在,也会影响效率。  基于上述的分析,大连院主要从关键材料出发,进行单电池的研究和测试,为电堆的设计奠定基础,最后进行系统集成方面的研究工作。  对于铁铬液流电池方面,我们针对的是铁铬液流电池电化学反应活性比较差,动力学差的问题开展研究,而且也是为了解决负极析氢的问题,我们主要通过电极的改性,可以使能量效率提高到84.5%,和处理前相比提高了9.7%,经过1000圈的测试,效率稳定性良好。进行了改性电极的放大研究,为后面电堆的开发奠定基础。  在铁铬液流电池稳定性方面,主要考虑容量衰减的问题。无论是全钒液流电池还是铁铬液流电池,都面临着容量衰减的问题。我们主要从电解液的角度开展研究,对容量衰减的机理进行了分析;在此基础上对铁铬液流电池电解液的组成进行优化,包括铁、铬、盐酸浓度和用量的优化;并开展了电解液添加剂的研究,通过添加剂进一步的使容量衰减率进一步的降低。目前可将铁铬液流电池充放电过程中的单圈容量衰减降低到千分之六左右。  之后开展了关于容量恢复方面的工作。其方法主要包括添加剂,和容量恢复装置的使用,都可以使容量恢复到原来初始的状态,为系统的开发奠定基础。此外,也开展了容量衰减SOC监测等方面的一些研究工作。  隔膜和双极板也是液流电池的重要部件,在该方面主要开展了优选的工作,希望能够有机会和各个相关的材料方面的企业多多交流。  对于全铁液流电池的思路是进一步降低液流电池的成本。本研究考虑的是全溶性全铁液流电池,我们重点在于电解液的开发。主要开展了全铁液流电池配体的研究,通过配体的设计开发性能优良的电解液,从电解液的黏度、形成沉淀的情况等方面进行电解液组成的优化。构筑了全溶性全铁液流电池,进行了500圈充放电的测试,表明了全铁液流电池稳定性比较良好,能量效率比较高,达到80%以上。  在千瓦级的系统中对全铁液流电池进行评价,在这里展示了其中一部分的测试结果,其能量效率可达到80.8%,在已报道的全铁液流电池情况看是比较高的水平,具有比较良好的应用前景。  进一步开展了电堆的设计方面的研究工作。主要包括流场结构的设计,基于之前在关键材料方面的开发和优选,进行电堆的设计、均匀性的评价,通过模型和试验反馈流场结构的设计,最后开发高功率密度的电堆。  这是我们现在主要开展的示范项目,是30kW/120kWh铁基液流电池的光储示范,在中石化内部开展的示范工作。现在已经完成了储能方面的建造,完成了密封性和充放电性能的测试。预计今年6月份完成示范。  对中石化大连院在液流电池方面的工作进行小结,这是大连院主要的研究工作即主要产品。包括高活性改性电极,高性能电解液(包括铁铬液流电池电解液和全铁液流电池电解液),电堆,以及液流电池BMS的内容。最后开发了30kW/120kWh铁基液流电池的储能系统。  希望借这个机会和各位专家,各位同仁多多交流,谢谢!

作者: 中国储能网新闻中心 详情
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国润储能郑磊:全钒液流电池关键材料研究与产业化分析

:3月10-13日,由工业和信息化部节能与综合利用司指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会(简称“CIES”)在杭州国际博览中心召开。  CIES大会以“共建储能生态链,共创储能新发展”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。  来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的2011余家产业链供应链企业, 53417位线上注册嘉宾将参加本届CIES大会,储能网视频号线上直播11万人参与观看与交流。其中300余家企业集中展示了储能产品,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。  3月11日下午,国润储能科技 (杭州)有限公司总经理郑磊受邀在长时储能技术及应用专场分享主题报告,报告题目为《全钒液流电池关键材料研究与产业化分析》。以下为报告主要内容:  郑磊:各位领导、各位朋友大家下午好!  和大家分享一下全钒液流电池产业化的相关内容。全钒液流电池的主要特点是水系电池,具有较高的安全性。它的功率和容量可以相互独立调节,产品形态和选址相对灵活。最大的特色是长寿命,循环次数也比较长。  我们在技术领域中,不直接将全钒液流电池与抽水蓄能和锂电池进行对比,尤其是在日历寿命和循环次数方面。  全氟磺酸离子膜是我们国润储能最核心的部分,实现了产业替代。交换离子膜在液流电池、燃料电池、电解水制氢以及氢能领域有着广泛应用。  关于各环节在整个产业链上下游的占比和比重,我们可以通过一张图清晰展示,其中包括电堆离子膜、电解液。  山西国润储能是一家致力于核心隔膜材料和全钒液流电池整体解决方案的公司,以下是我们在山西工厂的剪影。  目前我们拥有两条自动化流水线,一条用于生产全氟磺酸离子膜,另一条是智能化电堆的生产线。首先是我们的电堆规格涵盖了从5kw、10kw、20kw以及到大规模MW级产品的生产,同时也出口海外。其次核心隔膜材料技术参数和应用领域,不仅局限于液流电池领域,还可在氢能领域中应用,因此我们热忱欢迎更多的同行伙伴加入合作。  我们创始人孟青是清华博士后,也是全国三八红旗手。我们的研发团队中,清华大学、中南大学等学府的研发人员占比达20%以上,年度研发投入占比达百分之十几。我们以技术研发为重,因为我们认为未来产业迭代的主要突破肯定在技术上,唯有技术领先才能保持企业持续发展。  全氟磺酸离子膜目前是我们重点攻关的技术方向。目前全钒电池的成本较高,我们正在通过建立大规模生产线,以及对离子膜技术进行改进,加速整个行业的发展。以及离子膜还有其他多种应用路径。  电堆呢,我们主要致力于开发新一代技术,具有高导电性、电化学稳定性和低成本,这些是重要的技术指标。经过技术改进后,我们获得了出色的技术方案。以下是我们的测试结果,包括循环次数和性能的稳定性  我们申请了大量的专利,获得了多个奖项和学术协会的认可。  全钒液流电池主要有以下四个应用场景。以下是我们已经完成的案例,包括我们在机场项目中的应用,该项目对安全性要求很高,是全国首例在机场使用全钒液流电池储能电站,并且曾被央视报道。  目前整个市场的预测和评估。液流电池在电池市场中有望占20%-30%的比例,是一个万亿级市场。而隔膜材料市场规模则会达到百亿级。以下是我们已经获得的天使轮和A轮融资,2024年我们进行B轮融资。并且我们接待了相关领导前来考察、调研和指导工作,欢迎大家加入储能行业的发展,并期待与行业伙伴进行更多交流合作。

作者: 中国储能网新闻中心 详情
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2MW/8MWh!国家能源集团低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标

2月1日,国家能源集团北京低碳清洁能源研究院发布全钒液流电池储能系统采购公开招标招标公告,拟采购一套全钒液流电池储能系统。2MW/8MWh全钒液流电池储能系统(简称储能系统或系统),由4个500kW/2MWh全钒液流电池储能模块组成(简称储能模块或模块)及相应的配套设备设施,并网电压等级为35kV,配套有消防、安全等设施。低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标项目招标公告第一章 公开招标  1.招标条件  本招标项目名称为:低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标,项目招标编号为:CEZB240100810,招标人为北京低碳清洁能源研究院,项目单位为:北京低碳清洁能源研究院,资金来源为自筹。招标代理机构为国家能源集团国际工程咨询有限公司。本项目已具备招标条件,现对该项目进行国内资格后审公开招标。  2.项目概况与招标范围  2.1项目概况、招标范围及标段(包)划分:.  2.1.1项目概况:  本项目建设的一套全钒液流电池储能系统,配置容量为2MW/8MWh,储能系统接入储能站35kV母线。  2.1.2招标范围:采购范围包括但不限于  2MWW/8MWh全钒液流电池储能系统(简称储能系统或系统),由4个500kW/2MWh全钒液流电池储能模块组成(简称储能模块或模块)及相应的配套设备设施,并网电压等级为35kV,配套有消防、安全等设施。采购范围涵盖以下内容:  (1)基于北京低碳清洁能源研究院的储能技术完成500kW/2MWh储能模块的详细设计和工程制图;  (2)基于北京低碳清洁能源研究院通过的储能单元详细设计方案,完成4台套500kW/2MWh储能模块及其配套系统的加工、装配及相关测试实验。储能及其配套系统包括但不限于升压变、储能变流设备(PCS)、电池管理系统(BMS)、储能单元、能量管理系统(EMS)、以及配套线缆等辅材。按低碳院的要求完成4台套500kW/2MWh储能模块及其配套设备设施的配件选择、结构设计和制造,提供完整图纸资料,完成设备出厂检测、包装、发运、现场交货等;  (3)完成2MW/8MWh储能系统的安装和调试。包括提交一次电气和二次电气设计方案和安装调试方案等,完成2MW/8MWh全钒液流系统所有设备的安装、接线(35kV(不含35kV)以下,含舱体接地及防火封堵)、调试、试验、试运行等工作,配合并网验收、消防验收等工作。;  2.1.3交货日期:  2024年6月30日前,完成项目验收。其中,  (1)2024年5月20日前,完成4台套500kW/2MWh储能模块及配套设备到达现场;  (2)2024年6月25日前,完成2MW/8MWh储能系统具备并网条件。  2.1.4交货地点:山东省烟台市国家能源蓬莱发电有限公司。  2.2其他:/  3.投标人资格要求  3.1资质条件和业绩要求:  【1】资质要求:投标人须为依法注册的独立法人或其他组织,须提供有效的证明文件。  【2】财务要求:/  【3】业绩要求:2021年2月至投标截止日(以合同签订时间为准),投标人须至少具有全钒液流电池储能系统集成项目容量不低于1MWh的供货合同业绩1份。投标人须提供能证明本次招标业绩要求的合同,合同扫描件须至少包含:合同买卖双方盖章页、合同签订时间和业绩要求中的关键信息页。  【4】信誉要求:/  【5】其他要求:投标人须为全钒液流电池产品制造商。  3.2本项目不接受联合体投标。  3.3本项目不接受代理商投标。  4.招标文件的获取  4.1凡有意参加投标者,购标前必须在国家能源集团(https://www.ceic.com)首页网页底部查找“生态协作平台”图标,点击图标跳转至国家能源集团生态协作平台,点击“物资采购”图标,完成国家能源集团供应商注册,已注册的投标人请勿重复注册。注册方法详见:国家能源集团生态协作平台→帮助中心→“统一客商门户操作手册”。  4.2购标途径:已完成注册的投标人请登陆“国家能源招标网投标人业务系统”,在线完成招标文件的购买。  4.3招标文件开始购买时间2024-02-02 09:00:00,招标文件购买截止时间2024-02-09 16:00:00。  4.4招标文件每套售价每标段(包)人民币第1包70元,售后不退。技术资料押金第1包0元,在退还技术资料时退还(不计利息)。  4.5未按本公告要求获取招标文件的潜在投标人不得参加投标。  4.6其他:/  5.招标文件的阅览及投标文件的编制  本项目采用全电子的方式进行招标,投标人必须从“国家能源招标网投标人业务系统”“组件下载”中下载《国家能源招标网投标文件制作工具》及相关操作手册进行操作,具体操作流程如下:  1)投标人自行登录到“国家能源招标网投标人业务系统”:http://www.chnenergybidding.com.cn/bidhy。  2)点击右上方“帮助中心”按钮,下载《招投标系统用户手册-电子标(投标人手册)》。  3)点击右上方“组件下载”按钮,在弹出的页面中下载“国家能源招标网驱动安装包”及“国家能源招标网投标文件制作工具”并安装。  注:本项目招标文件为专用格式,投标人须完成上述操作才可以浏览招标文件。  4)投标人必须办理CA数字证书方可完成投标文件的编制及本项目的投标,CA数字证书办理流程详见:国家能源招标网首页→帮助中心→“国家能源招标网电子招投标项目数字证书办理流程及须知”。  注:投标人需尽快办理CA数字证书,未办理CA数字证书或CA数字证书认证过期的,将导致后续投标事项无法办理。  5)投标人须按照招标文件要求在“国家能源招标网投标文件制作工具”中进行投标文件的编制。具体操作详见《招投标系统用户手册-电子标(投标人手册)》,其中以下章节为重点章节,请投标人务必详细阅读。  1.1--1.7章节(系统前期准备)  1.9章节(CA锁绑定)  2.5章节(文件领取)  2.9章节(开标大厅)  3.1章节(安装投标文件制作工具)  3.2章节(电子投标文件制作)  6.投标文件的递交及开标  6.1投标文件递交的截止时间(投标截止时间,下同)及开标时间为2024-03-04 15:00:00(北京时间),投标人应在投标截止时间前通过“国家能源招标网投标人业务系统”递交电子投标文件。  6.2逾期送达的投标文件,“国家能源招标网投标人业务系统”将予以拒收。  6.3开标地点:通过“国家能源招标网投标人业务系统”公开开标,不举行现场开标仪式。  7.其他  /  8.发布公告的媒介  本招标公告同时在国家能源招标网(http://www.chnenergybidding.com.cn)和中国招标投标公共服务平台(http://www.cebpubservice.com)上发布。  9.联系方式  招标人:北京低碳清洁能源研究院  地址:北京市昌平区未来科学城滨河大道9号院  邮编:102209  联系人:龙俊英  电话:010-57339807  电子邮箱:junying.long@chnenergy.com.cn  招标代理机构:国家能源集团国际工程咨询有限公司  地址:北京市东直门南大街3号国华投资大厦6层  邮编:100010  联系人:于绍晶  电话:010-58134609  电子邮箱:13707542@ceic.com  国家能源招标网客服电话:010-58131370  国家能源招标网客服工作时间:8:30-12:00;13:30-17:00(法定工作日)  国家能源招标网登录网址:http://www.chnenergybidding.com.cn

作者: 中国·蓄电池网 详情
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全钒液流电池关键材料研究进展及展望

随着全球气候变暖和矿物燃料不断枯竭,人类亟需寻求洁净、可再生的新型能源来解决当前的能源危机。由于可再生能源具有较强的间歇性,光伏、风电等新能源具有不稳定、不连续和不可控的非稳态特征,严重威胁着电力系统可持续性及安全性。通过新能源发电技术与高效的大规模储能技术相融合,如何实现可持续能源供给及生态环境保护成为当前研究的热点。  目前,按照能量储存方式划分,可将能量储存分为机械、电磁及化学能量储存,其中机械储能主要包括压缩空气储能、抽水蓄能等。由于机械储能需要独特的地理环境,使得水力储能和压缩空气储能技术的发展受到了一定的限制;电磁能量储存主要包括超导及超级电容器能量储存,电磁储能存在能量密度低及成本高的缺点;化学能量储存主要包括锂离子电池、铅酸电池、全钒液流电池、钠硫电池等。当前,钠硫和锂离子电池存在安全隐患问题,亟需寻找一种新型的替代储能电池。  全钒液流电池因其易于实现规模化、无污染和高安全性等优点,成为当前大规模储能领域的研究热点和发展方向。  1.全钒液流电池结构及工作原理  全钒氧化还原液流电池(VRB,Vanadium Redox Battery)是1种利用电解液中不同价态的钒离子在电极表面发生的氧化还原反应,来储存和释放电能的一种电化学装置。VRB主要由电池板框、电极、质子交换膜、双极板、电解液和集流体等部件构成,其结构如图1所示。VRB的正、负极活性物质是固溶于硫酸中的钒离子。在工作过程中,利用1台循环蠕动泵把电解液注入蓄电池,在充电和放电的过程中,电解质始终是流动的。电池的总反应式和正、负极的反应式分别为式(1)、式(2)、式(3)所示。  2.全钒液流电池的优缺点  VRB在许多方面都比其他规模储能技术有更好的优势,其特征表现为:  VRB在电解液中充放电、不存在相态变化、不会出现断电及短路等问题;VRB的输出功率不依赖于其额定容量,其输出功率与电池堆的尺寸和数量有关,而额定容量取决于钒电解液的浓度和容积,所以二者均可以按照特定的需求进行灵活设计,并且可以较为容易的获得百万瓦特量级的规模;  由于VRB的正、负极活性材料均为钒组分,所以能够避免正、负极电解液的交叉污染,并且电解质溶液能够很容易地进行氧化还原反应且被重复使用,因此拥有较长的循环寿命(>10000次);  VRB在放电时无记忆效应,可以进行深度放电,即使100%放电也不会损坏电池;  由于VRB中的电解液为液态,其浓差极化较小,并且它的电极具有较高的反应性和较小低的活化极化,因此它的负载容量较大;  所用的部件原料廉价、容易获得,降低了系统的制造及维护成本。  目前,VRB面临的主要问题为:  ①受限于电解质,其比容量较低,体积较大;  ②电池在运转过程中,电解质是需要泵体加压促进其不断流动,导致其在压强较大时密封性差,在酸、碱及氧化剂等介质中易刻蚀,缩短了电池的使用寿命;  ③在使用过程中,在某一特定的温度下,五价钒会在电解液中沉淀,从而阻塞流道,影响VRB的正常运转;  ④二价钒的含量过少,对电解液的稳定性有较大的影响;  ⑤初期投资费用过高,尤其是质子交换薄膜。  3.全钒液流电池关键材料  目前,VRB已经完成由实验室阶段向工业化实际应用的转变,其工程化技术得到了快速发展,在世界范围内已经建立了多个不同功率等级的全钒液流电池储能示范系统,但是由于前期投资费用高昂,其关键核心材料还欠缺系统性和深入的研究,导致VRB能量密度偏低、容量快速下降及成本较高等问题难以解决,已成为制约该项技术规模化、产业化和实际应用的瓶颈。  3.1电解液  电解液作为VRB的能量存储介质,在电池的充放电过程中起着关键作用,其稳定性对VRB性能和循环寿命有很大的影响。为提高VRB性能,需要对电解液进行改进以提高其溶解度及稳定性。电解质是由具有不同价态的活性物质(钒离子)和支撑电解质(如硫酸、盐酸、甲基磺酸及上述混合物)构成的。  该电解质能够提供适宜的离子浓度,从而使电池能够稳定运行。支撑电解液的选择主要依据电化学反应动力学、电解液在电极-电解液中的溶解性以及活性电解液中的交叉污染情况。对普通的支撑电解质硫酸来说,它提供了1个质子,可以根据酸碱度改变电池的电势。  在VFB中,V(Ⅱ)/V(Ⅲ)氧化还原电对用作负极电解液,V(Ⅳ)/V(Ⅴ)氧化还原电对用作正极电解液。由于采用了2种可溶性电对,电极表面不会发生固相反应,也不会发生相应的形貌变化。以同一种元素的4个价态为活性离子对,有效解决了长期使用过程中活性物质的交叉污染问题。  当前,人们正在对VRB中的电解液展开研究,重点在于对它的生产工艺进行优化,如加入多种助剂和稳定剂,以获得稳定性高、浓度高、温度适应范围广及价格低廉的钒电解液。目前,关于VRB正极电解液组分的相关研究发现,室温下适合VRB正极电解质含量约为1.5~2.0mol/L的V₄+和3mol/L的H₂SO₄。然而,随着钒离子浓度的不断升高,正极电解液中将出现V₂O₅沉淀物,造成管道堵塞,严重时会导致电池失效。  3.2电极  VRB在电极表面进行电化学反应,对整个电池的能量效率和循环稳定性有很大的影响。当前,对电极进行改性的方法主要包括:氧化处理、氮化处理、酸处理、热活化、电化学氧化、无机材料涂层及金属沉积改性等。其中,高温激活与电化学氧化法是一种廉价、简单、温和、可控、环境友好的电极改性方式。  由于电解质中存在很强VO₂+和硫酸,因此,对VRB的电极材料提出了更高的活性、导电性和稳定性要求,同时还要求具备优良的机械特性和廉价等优点。  当前,采用的是以金属、碳及石墨为基础的3种新型VRB电极。金属电极(如铅、钛铂、金等)具有优异的力学性能和导电性,但其电化学可逆性能极差,成本较高,限制了规模化应用。将聚乙烯、聚丙烯等高分子基团与导电性炭材料复合而成的复合电极,由于其价格低廉,质量轻,加工方便,所以被认为是一种比较理想的VRB电极材料。  另一方面,碳基材料具有良好的电导率、抗腐蚀性和电化学稳定性,在VRB中得到广泛使用。在对碳基电化学材料的长期探索中,通过对碳基材料的深入分析,学者揭示了碳基电化学材料具有良好的导电性、耐腐蚀和耐高温等特性,并具有较大的比表面积,已成为最理想的VRB电极材料之一。  3.3双极板  双极板是VRB中的重要部件,尤其是大容量、高功率型液流电池系统。碳复合材料双极板是指将某些高分子材料与一定数量的碳结合在一起而形成的复合双极板,因其加工简单、成本低廉等优势,被认为是一种极具应用前景的VRB用集流体。  另外,由于碳质双极板的电导率较金属或石墨质双极板低,所以在充放电次数较少的情况下,由于电流密度不大,双极板中的碳不会被完全消耗,而是会在两极板之间留下一些空隙,而这些空隙会导致电流通过时产生大量的热,从而进一步使双极板的电阻变大。因此,制备具有高电导率和良好耐腐蚀性能的双极板成为VRB用集流体研究重要方向。  3.4质子交换膜  质子交换膜(PEM)作为VRB的核心部件,既可隔离电解液,又可以传输质子,保障电池完成充放电循环过程。因此,PEM对提高VRB的可靠性及性能具有重要意义。  因其化学稳定性好、质子传输性强等优势,全氟磺酸树脂(PFSA)构成的全氟磺酸膜被广泛应用于VRB系统。目前,关于VRB用隔膜的研究主要集中在提高膜的离子选择透过性和提高膜的稳定性。  在VRB中,常用的质子交换膜内部通常有亲水、疏水区域。这2种区域的分布对膜的离子选择、离子传导、力学、化学稳定性等性能有重要影响。  目前,国内外学者正积极探讨、优化这2种区域的分布,进而制备出高稳定性、高选择性的质子交换膜材料。  3.4.1质子交换膜研究进展  根据材料不同,市售的PEM大致包括4类:全氟磺酸型PEM、部分含氟型PEM、非氟型PEM及非树脂型PEM等。到目前为止,全氟磺酸类PEM在市场上得到了广泛的应用,其中最著名的就是美国杜邦公司在20世纪70年代开发出来的Nafion膜,因为这种薄膜的主链是碳氟化合物,因此具有较好的化学和热稳定性。  另一方面,加上侧链-SO₃H连接到碳氟主链上,由于F原子极强的电负性,-SO₃H附近的电子云密度大大降低,H+更容易从-SO₃H上解离,所以,全氟磺酸型PEM具有较好的质子导电性。Nafion膜的结构如图2所示,-SO₃H以共价键连接到碳氟骨架上,在水溶液中,-SO₃H可以被电离成固定的-SO₃-和自由H+。而且,-SO₃H还能将水分子聚集在一起,形成一片微区,当微区内的水分足够多时,这些微区之间便会相互连接,形成一条长距离的质子传输通道。目前普遍认为,Nafion膜符合上述离子簇网络模型,如图3所示。  除了美国杜邦公司生产的Nafion系列PEM外,其他国家研制的类似产品包括XUS-B204、Flemion膜等。尽管Nafion膜具有许多优点,但是存在着严重妨碍其进一步商业应用的缺点:Nafion膜的合成过程比较复杂,合成难度较大,成本较高,市场价格昂贵。  3.4.2质子交换膜研究方向  PEM决定着VRB的效率、输出功率、寿命和应用性能等。因此,对于VRB,研发一种具备卓越综合性能的PEM成为了迫切需求。在当前情况下,质子交换膜需从以下7个方面展开研究:  (1)提高PEM质子电导率,减小膜物理电阻,提高电池效率。  (2)提高PEM电子绝缘性,从而有效隔离正负电极,提高电池的效率。  (3)提高PEM阻隔性能,一方面减少自放电,降低能量损耗;另一方面可以提高电池的安全性。  (4)PEM具备较好的保水能力,在吸水后仍然能够维持所需尺寸的稳定性。因为水分子可以加速质子传输,而高度稳定的尺寸则需要膜的溶胀率低,以确保在PEM干湿状态之间无过度膨胀或收缩,避免裂纹和微孔的形成。  (5)提高热及化学稳定性,强化电池的抗氧化性和耐酸碱性,保持质子交换膜在复杂工况下性能稳定,以保证电池的使用寿命。  (6)提高机械性能,良好的力学性能是质子交换膜组装成电池的重要条件。  (7)降低PEM的材料和制造成本,促进PEM的更广泛应用。  4.结论与展望  太阳能、风能、波浪能等可再生能源较强的间歇性特征限制了光伏和风能工业化大规模应用。VRB因其固有的优势及宽泛的应用领域,非常适合大规模储能,可以实现电网削峰填谷、电力系统节能降耗。  目前,亟需在VRB中的关键材料方面开展基础理论研究,通过提高电解液、电极、双极板及质子交换膜等关键材料的性能获得专门针对VRB的专属材料,为VRB实现大规模商业化推广奠定基础。  (1)钒电解液通过提高钒离子浓度来提高VRB的比能量,但较高的钒电解液浓度势必会造成电解液粘度增大,传质过程受到抑制及电导率降低;较高浓度的在重放电过程中容易析出沉淀物,造成电极表面堵塞出现浓差极化现象;因此,钒电解液的可以围绕着增强电化学活性及性能稳定性方面开展深入研究。  (2)金属类的电极价格昂贵,耐腐蚀性能较差,可选择的种类较少,现在较为广泛应有的是石墨毡多孔电极,其成本较低、性能优异、耐腐蚀性能优,满足VRB的实际应用要求。石墨毡多孔电极在VRB中长期被压缩状态下充放电,容易产生局部的浓差极化造成烧毡现象,出现电极碳纤维丝断裂、表面材料剥落、堵塞电池板框内部流道等现象,需要在石墨毡多孔电极机械性能、抗腐蚀性能、电极改性等方面开展深入研究。  (3)纯石墨双极板制造成本较高、制备工艺复杂且易损毁,仅在实验室做研究使用;碳塑双极板材料便宜、制备工艺简单、韧性和强度较好在VRB中应用广泛;一体化双极板可以降低与电极间的接触电阻,易于大规模生产,已经成为研究热点。目前,研究双极板的主流方向是如何增强其强度和韧性的同时降低双极板的电阻率。  (4)Nafion系列膜钒离子渗透率及高昂的价格限制了其大范围推广应用,研究热点聚焦在非氟类质子交换膜的改性上,制备出阴离子膜、阳离子膜及非离子多孔隔膜等质子交换膜,但是,这类膜在化学稳定性上还存在缺陷,距离商业化依然有一定的距离。因此,性能优异、价格低廉、制备工艺简单的非氟高分子基离子交换膜和改性的多孔纳滤和超滤膜将会是未来钒电池隔膜的发展趋势。  (本文作者:中煤科工集团沈阳研究院有限公司、煤矿安全技术国家重点实验室高海)

作者: 高海 详情
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液流电池加速产业化,新的万亿赛道已开启

最近关于液流电池的重磅信息层出不穷。  仅在十月内,全球首套兆瓦级有机液流电池和首套吉瓦级锌铁液流电池工厂接连在宿迁、珠海投产,液流电池正式进入规模化、产业化发展的时代。  液流电池储能独角兽企业如天府储能、纬景储能分别获得了数千万投资和50亿授信;永泰能源则出资700万美元认购了新加坡液流电池公司Vnergy合70%的股份。  科研端也有新突破:西湖大学王盼团队利用水系有机液流电池在充放电过程中实现了电化学碳捕。  这样看来,有人说今年是液流电池元年,也是恰如其分的。  早在2021年,国家发改委和能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》文件就特别提到,要坚持储能技术多元化,实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期。  液流电池一直都是长时储能的“后备军”,有了政策的加持,液流电池的发展按下加速键,逐渐来到了“台前”。  液流电池是一种利用两种或多种溶解在液体中的活性物质,在离子膜两侧进行氧化还原反应来储存和释放能量的装置。前期碍于产业化困难,液流电池长期停留在实验室当中。  但在2022年,液流电池产业化取得突破性进展,兆瓦级产品量产交付,首个吉瓦时级别项目集采开标,大连液流电池储能调峰电站一期成功并网等诸多事件,业界看到了发展的曙光。  相比起磷酸铁锂等新型电池,液流电池其活性物质是单独储存在外部储罐中的液体电解质,输出功率和储能容量相互独立,可拓展性能良好,能够解决锂电池储能两者不可兼得的问题。图说:液流电池示意图来源:SolarReviews  而且,液流电池在充放电的过程中,不涉及物相的变化,因此循环寿命可达上万次,整体使用寿命可以达到20年或者更长时间。另外,因其水系的特质,一般不燃烧、不起火,安全性能突出,且环境友好。  根据其技术特点可以发现,液流电池和锂电池相比虽然能量密度较低,但其最大的优势在于可以满足大规模储能和长时储能的需求。图说:液流电池(铁铬、全钒)与其他电化学电池技术对比来源:知乎  储能的应用场景和需求多种多样,任何一种技术路线都不是唯一解,最重要的是从安全角度还是经济性角度合理配置和调整。  01.长时储能需求迫切  由于风、光发电的不连续性,在未来以可再生能源为主体的新型电力系统中,缺乏大规模的长时间、大容量储能技术支撑将会是转型过程中巨大的风险点。  如果新型电力系统中可再生能源的比例超过50%,储能设施必要需要具备十几个小时乃至几天的储能时长,满足吉瓦级别的再生能源并网、长时间削峰填谷的需求。  但锂离子电池目前的技术水平难以满足长时间、大容量储能的需求。  因此全球对于长时储能(充放电时间超高六小时)的技术越来越重视。  根据彭博新能源财经的数据,截止到今年9月,全球已经投产的长时储能达1.4GW/8.2GWh,而储备项目已经达到33GW/156GWh,其中,中国是最大的市场,占储备项目装机容量的92%。  据不完全统计,仅今年3—6月,我国在建及规划液流电池产线超过9条,产能规划合计超过8.2吉瓦,潜在年产值超过700亿元。  目前能满足大规模长时间储能的技术主要有压缩空气储能和抽水蓄能,然而上述两种受地形地理环境影响明显,无法在全国推广使用。因此,液流电池因其技术特点能够及时补位。  从产品分类看,液流电池按照电解液体系的不同可分为全钒、锌铁、锌溴、铁铬等20多种技术路线。  全钒液流电池是目前全球范围技术成熟度最高、商业化最快的液流电池路线。全钒液流电池利用钒离子化合价的变化来实现电能与化学能之间的转化。与其他电池相比,全钒液流电池具有本质安全性、保值率高、零成本无限增容和无二次污染等优点。  除了全钒液流电池之外,锌基液流电池也是主要液流电池中的一种。在取得技术突破后,锌基液流电池相比其他电池,具有成本低、能量密度高、安全性好、环境友好等优点,在大规模储能领域具有较好的应用前景。  而与上述无机氧化还原型液流电池相比,水系有机液流电池(AORFBs)采用的电解液则是具有氧化还原活性的有机分子水溶液,具有反应活性高(一般比无机氧化还原电对高2~3个数量级)且溶解度、可调性好,分子尺寸设计性强等特点,在能量密度、功率密度和循环寿命等方面与其它储能技术比优势明显。  02.液流电池工厂加速落地  最近在广东珠海投产的纬景储能“超G工厂”就是锌铁液流电池工厂,年产能超6吉瓦时,实现了从兆瓦级向吉瓦级产能的巨大跨越。  纬景储能在众多液流电池技术路线中,没有选择技术相对成熟的全钒液流电池,而是选择了“锌铁液流电池”。  其自主研发的新一代锌铁液流电池产品GP110,采用碱性水系电解液配方,不燃不爆、安全无毒,具备安全、寿命长等特点;原材料(包括锌和铁)充足且平价易得,成本优势和降本空间显著。图说:锌铁液流电池GP110来源:纬景储能  除了广东珠海之外,纬景储能目前还在山东、湖北、江西加速推进建设和规划锌基液流电池“超G工厂”项目。  而全球首套兆瓦级水系有机液流电池在江苏宿迁投产,则宣告了国内首家有机液流储能电池企业正式迈入大规模储能赛道。图说:水系有机液流电池投产启幕来源:宿迁时代储能  水系有机液流电池作为新型储能技术,不同于全钒、铁铬等液流电池使用强酸作为支持电解液,该技术使用中性NaCl水溶液作为支持电解液,产品更加安全环保、综合能效更高、使用寿命更长。  此外,有机氧化还原分子环境友好、原料丰富且制备较容易,可以低成本生产,适于大规模应用。  宿迁市近日印发了《宿迁市支持新型储能产业发展的若干政策措施》,在具体的支持政策中,宿迁市拿出了单个企业最高2000万元的补贴,并在企业成果转化、核心技术攻关、高新技术企业认定等方面给予了较大力度的支持,以此加快项目招引建设。  良好的政策为企业放开手脚积极竞逐新赛道、努力做大做强新型储能产业提供了坚实的基础。  03.投资人闻风而动  过去两年国内储能“爆火”,推动锂电池储能企业估值水涨船高,投资人难以抉择。  有业内投资人士坦言,“自己已不看源网侧的电化学储能项目,一方面是估值过高,一、二级市场倒挂;另一方面,源网侧储能已经是一片红海,价格战压薄企业利润空间。”  面对可选标的日益减少,一级市场的投资人开始将目光转向储能的细分赛道,而长时储能中的液流电池则被认为是潜在的投资机会。  有行业观察者表示,在双碳目标之下,新型储能已经成为下一个万亿赛道。  前两天天府储能刚完成数千万元天使轮融资,由中小企业发展基金(成都)交子创投基金(GP:东方富海)领投,成都科创投集团和成都绿色低碳集团联合发起设立的成都梧桐绿碳基金跟投,康桥创投担任独家财务顾问。  而天府储能选择的赛道就是全钒液流电池,本轮融资将用于全钒液流电池技术研发、产能布局和团队扩建。  纬景储能作为国内首家锌铁液流电池领域的独角兽,自2022年以来经历过数轮融资,目前总募资额超10亿元,投资方包括高榕资本、松禾资本、大横琴集团、国合新力等,所募资金聚焦于提升纬景储能锌铁液流电池的产能,进一步降低储能电池的成本。  被永泰收购70%股份的新加坡液流电池公司Vnergy也是一家具备全钒液流电池储能先进技术研发能力的国际化科技公司。  Vnergy拥有创始人王庆教授在新加坡国立大学发明的全钒液流电池固态储能等技术专利使用权,致力于新一代高密度全钒液流电池储能技术和产品的研发,较目前应用的全钒液流电池产品在热稳定性、能量密度和成本方面均具有明显的行业领先优势。  永泰能源表示,本次通过新加坡德泰储能投资控股Vnergy,使公司进一步拥有了行业领先的新一代全钒液流电池储能技术,将加快实现公司在全钒液流电池储能领域的技术迭代。  不过,现阶段液流电池投资成本还是相对较高。有行业专家总结道,锂电池和液流电池可以互为补充:  “建议大型储能项目中一部分采用液流体系,可以提升项目的整体安全性。另外,由于锂电的循环寿命比液流电池短,当部分锂电的循环寿命到期时,可以提高液流电池的比例,最大限度分摊风险,激活液流电池产业链。”

作者: Yinyin 详情

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