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钒电池电堆和电解液适配性研究
全钒液流电池，全称为全钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Battery，VRB)），是以+4、+5价态的钒离子溶液作为正极的活性物质，以+2、+3价态的钒离子溶液作为负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中。全钒液流电池中的钒理论上不会被消耗或消散，可进行循环使用，不会造成资源短缺浪费，具有良好的保值属性，并且具有安全性高、循环寿命极长、环境友好、响应速度快、容量规模易调节等优点。在政策支持和市场需求的推动下，钒电池的关键单元电堆和电解液性能不断提高，成本不断下降。目前市场上的钒电池电堆、电解液种类多、差异化大，造成部分钒电池储能项目能量转化效率性能不理想，为了钒电池集成系统效率提升，本研究通过对市场上成熟的电堆、电解液产品在测试平台上进行适配性测试，形成最佳的钒电池电堆、电解液组合，为电池电堆与电解液适配性研究提供参考。 1 测试主要设备和材料 1.1 测试平台 本研究测试平台为全钒液流电池的缩小版，以方便进行钒电池系统各种型号电堆、电解液的综合性能测试，通过测试数据对电堆和电解液的适配性进行综合评估，为电堆、电解液的研究和生产提供科学依据，为全钒液流电池系统的优化提供解决方案。 测试平台由电池管理系统（BMS）、逆变器控制系统（PCS）、上位机监控及数据管理系统、正负极电解液罐、测试电堆及电解液组成，单堆测试功率最大为150kW。其中PCS包括能量双向的交流模块（AC）和直流模块（DC），为测试平台提供稳定的电流电压，可分别开展恒功率、恒电流、恒电压三种充放电测试模式，实现了PCS对测试功率控制及测试数据的检测功能。另外，在上位机（电脑）与设备通讯中断时，设备能持续存储测试数据，通讯恢复后将数据上传至上位机，上位机管理系统主要负责根据测试需求设置测试参数，同时满足实时数据显示以及测试数据记录和数据分析的功能。 1.2 测试电堆 本研究所用测试电堆来源于市场上较为成熟的钒电池电堆生产厂家产品，电堆分别为：Ｔ公司25.6kW和42kW电堆、Ｗ公司32kW电堆、Ｆ公司32kW电堆、Ｌ公司32kW电堆，电堆参数如表1所示。 1.3 钒电解液 本研究所用测试钒电解液主要采用市场上较为成熟的4家钒电解液产品，各公司电解液参数如表2所示。 2 测试方案 在测试平台中安装钒电池电堆产品，依次灌注1m3钒电解液测试产品，测试条件为恒功率模式下额定功率、80％额定功率，恒电流模式下140、170mA/cm2电流密度，测试方法参考《全钒液流电池电堆测试方法》（NB/T42132-2017），对比分析电堆、电解液适配性。 3 测试结果及分析 3.1 A钒电解液适配性测试结果及分析 采用A钒电解液与T1、T2、W、F、L五种电堆在恒功率和恒电流模式下进行测试。 3.1.1 恒功率模式下测试结果 在恒功率模式下进行充放电测试结果如表3所示。 额定功率下进行充放电测试时，T1、T2、F以及W电堆能量效率均达到80％以上，特别是T2、W电堆能量效率达到82％以上；L电堆测试能量效率在77％左右，效果不佳。80％额定功率下进行充放电测试时，T1、T2、F以及W电堆能量效率均达到82％以上，特别是T2电堆、W电堆达到83％以上；L电堆测试能量效率有所提升，达到79.36％。 3.1.2 恒电流模式下测试结果 在恒电流模式下进行充放电测试结果如表4所示（F电堆由于厂家对电堆技术参数保密，无法开展恒电流密度测试；L电堆无法正常进行充放电测试，无检测数据）。 电流密度为140mA/cm2时，T1、T2、W电堆能量效率均达到82%以上，T2电堆达到83.56%;L电堆测试能量效率达到77.90%，相对较低。电流密度为170mA/cm2时，T1、T2电堆能量效率均达到81%以上，性能良好；W电堆能量效率仅78.19% 3.1.3 A钒电解液适配性测试结果分析 在额定功率、80%额定功率、140mA/cm2电流密度、170mA/cm2电流密度4种测试条件下对A钒电解液与5种钒电池电堆进行适配性测试，测试结果表明:性能最佳为T2电堆，其次分别为T1、W、F电堆，L电堆测试能量效率低于80%性能一般。 3.2 B1、B2钒电解液适配性测试结果及分析 采用B1、B2钒电解液与T1、T2、F、L四个电堆在恒功率和恒电流模式下进行适配性测试(由于W电堆出现故障，故后续没有继续对其测试)。 3.2.1 恒功率模式下性能测试测试结果 在恒功率模式下进行充放电测试结果如表5所示(T2电堆与B1在恒功率式下无法正常进行充放电测试，无检测数据)。 额定功率下进行充放电测试时，T1、T2电堆能量效率达到80%以上;F电堆能量效率在79%左右;工电堆测试能量效率均在76%左右，效果不佳。两种电解液测试对比，B1性能微优于B2。 80%额定功率下进行充放电测试时，T1、T2、F电堆能量效率均达到81%以上，特别是T1电堆能量效率达到82%以上。两种电解液对比，相同电堆条件下B1性能优于B2。 3.2.2 恒电流模式下性能测试结果 在恒电流模式下进行充放电测试结果如表6所示(F电堆由于厂家对电堆技术参数保密，无法开展恒电流密度测试;T2电堆与B1在恒电流模式下无法正常进行充放电测试，无检测数据)。 140mA/cm2电流密度下进行充放电测试，T1、T2电堆能量效率均达到81%以上;电堆与B1、B2电解液测试能量效率分别为79.21%、77.25%能量效率较低，两种电解液对比差距较大。 170mA/cm2电流密度下进行充放电测试，T1电堆能量效率均达到80%以上;T2、L电堆能量效率低于80%。两种钒电解液对比，传统流程钒电解液产品性能优于短流程钒电解液产品，L电堆与传统流程、短流程电解液测试能量效率分别为76.78%、75.27%，能量效率较低。 3.2.3 B1、B2钒电解液适配性测试结果分析 在额定功率、80%额定功率、140mA/cm电流密度、170mA/cm2电流密度4种测试条件下对B1、B2钒电解液与4个钒电池电堆进行适配性测试，测试结果表明:同等条件下，B1、B2钒电解液与4个电堆测试结果均低于A钒电解液测试结果，能量效率降低1%~1.5%。性能最佳为T1、T2电堆，测试数据相近。 3.3 C钒电解液适配性测试结果及分析 采用C钒电解液与T1、T2、F、L四个电堆在恒功率和恒电流模式下进行适配性测试。 3.3.1 恒功率条件下性能测试测试结果 在恒功率模式下进行充放电测试结果如表7所示。 额定功率下进行充放电测试，使用C钒电解液条件下，4种电堆能量效率均低于80%。其中T1、T2、F电堆能量效率在79%左右;L电堆测试能量效率在77%左右，效果不佳;以往测试中T1、T2电堆能量效率大于F电堆，在本次测试中能量效率接近;T1、T2两种电堆能量效率均出现了下降，说明C电解液与T公司电堆适配性较差。 80%额定功率下进行充放电测试，使用C钒电解液条件下，T1、T2、F电堆能量效率均高于80%，其中，T1电堆、F电堆能量效率在81%以上;L电堆测试能量效率在79%左右，效果不佳。此外，各电堆测试能量效率低于A、B电解液1%~2%。 3.3.2 恒电流模式下性能测试结果 在恒电流模式下进行充放电测试结果的结果如表8所示(F电堆厂家由于电堆技术参数保密，无法开展恒电流密度测试)。 140mA/cm2电流密度下进行充放电测试，T1电堆能量效率均达到80%以上，其余电堆均低于80%;T1、T2电堆测试结果相较其他电解液较差:L电堆测试能量效率为78.85%，能量效率较低，但与其他电解液测试结果比较差异不大。 170mA/cm2电流密度下进行充放电测试，三种电堆能量效率低于80%，其中T1、T2能量效率在78%左右;L电堆能量效率保持在76.37%，与其他电解液测试结果差异不大。 3.3.5 C钒电解液适配性测试结果分析 在额定功率、80%额定功率、140mA/cm2电流密度、170mA/cm2电流密度4种测试条件下对4个钒电池电堆与电解液进行适配性测试，测试结果表明:同等条件下，使用C电解液与4个电堆测试结果均低于使用A钒电解液测试结果:能量效率低2%~3%。T1、T2电堆测试结果降低2%~3%。F、L电堆测试结果与其他电解液测试结果差异不大。 3.4 D钒电解液适配性测试结果及分析 采用D钒电解液与T1、T2、L电堆在恒功率和恒电流模式下进行适配性测试(由于F电堆出现故障，故没有继续对其测试) 3.4.1 恒功率条件下性能测试结果 在恒功率模式下进行充放电测试结果如表9所示。 额定功率下进行充放电测试，使用D钒电解液条件下，T2电堆能量效率最高，达到80.57%:T1、L电堆测试能量效率均低于80%，效果不佳。80%额定功率下进行充放电测试，使用D钒电解液条件下，T1、T2电堆能量效率在80%以上;L电堆测试能量效率在77.80%左右，效果不佳。各电堆测试能量效率低于其他电解液1%~2%。 3.4.2 恒电流模式下性能测试结果 在恒电流模式下进行充放电测试结果如表10所示。 140mA/cm2电流密度下进行充放电测试，T1、T2电堆能量效率均达到80%以上，测试效果优于C电解液测试结果;L电堆测试能量效率为77.45%，能量效率较低。 170mA/cm2电流密度下进行充放电测试，三种电堆能量效率低于80%，其中T1、T2电堆能量效率在78%左右;电堆能量效率保持在74.85%，能量效率较低。 3.4.3 D钒电解液适配性测试结果分析 140mA/cm2电流密度下进行充放电测试，T1、T2电堆能量效率均达到80%以上，测试效果优于C电解液测试结果;L电堆测试能量效率为77.45%，能量效率较低。 170mA/cm2电流密度下进行充放电测试，三种电堆能量效率低于80%，其中T1、T2电堆能量效率在78%左右;电堆能量效率保持在74.85%，能量效率较低。 3.4.3 D钒电解液适配性测试结果分析 在额定功率、80%额定功率、140mA/cm2电流密度、170mA/cm2电流密度4种测试条件下对3个钒电池电堆与D钒电解液进行适配性测试，测试结果表明:同等条件下，使用D电解液与3个电堆测试结果均低于使用A钒电解液测试结果能量效率低2%~3%。T2电堆各条件下测试结果高于T1电堆测试结果，但均低于A、B电解液测试结果。 4 额定功率下电堆、电解液适配性对比 钒电池电堆通常在额定功率条件下使用，综合以上数据，对各厂家钒电池电堆在额定功率下与各电解液产品进行对比，结果如图1所示。 可以看出，T1、T2电堆与A、B1、B2电解液适配性良好，能量效率达到80%以上;W电堆只与A电解液进行了测试，能量效率接近T1电堆，性能相对较好;F电堆与A电解液适配性良好，达到81%，与其他电解液匹配能量效率低于80%;L电堆与五种电解液匹配测试能量效率仅有75%~77%，表现不佳。综上，测试结果较好的电堆为T1、T2、W电堆;测试结果较好的电解液为A、B钒电解液。 5 结语 通过对市场上成熟钒电池电堆产品、电解液适配性研究，深入了解各家钒电池电堆、电解液产品的优势与劣势，为钒液流储能电池项目建设提供可靠的数据支撑，为进一步提升行业发展提供动力。此外，钒电池系统充放电控制模式、余热回收及利用、储罐定制化设计、旁路电流降低措施等方面均对钒液流储能电池能量转化效率有重要影响，如何进一步优化设计，提升钒电池整体能量转化效率，需钒电池储能行业人员共同努力。
来源：《四川化工》
沈阳恒久安泰一期300MW全钒液流电池电堆预计年底投产
沈阳先进制造产业园依托沈阳市雄厚的工业基础和丰富的科技创新资源，围绕航空航天、新材料、新能源等产业方向，以源聚链、以链集群源链互促，目前已初步形成产业集群效应。 新能源产业也是园区聚焦的产业方向，省级瞪羚企业，沈阳恒久安泰环保与节能科技有限公司已完成钒电池、质子交换膜、电解液、电堆三大核心技术研发，并突破了离子交换膜制备技术这一电化学领域的关键技术。企业选址沈阳先进制造产业园开工建设新生产线，准备在全钒液流储能领域实现更大突破。 沈阳恒久安泰环保与节能科技有限公司副总经理秦宇：我们目前在园区里所规划的产能是年生产100万平的离子交换膜，年生产1GW的高功率密度电堆，还有4GWh的储能系统，我们在今年的年底就会完成第一期的300兆瓦电堆的一个生产，预计在春节前后我们的产品就会实现陆续交付。 截至目前，沈阳先进制造产业园还吸引新能源新材料产业10家，集成电路产业也3家，汽车及零部件产业4家入驻，初步形成产业集群效应。到今年9月，园区产值8.02亿元，同比增长113%，聚焦先进制造，引领未来产业发展方向。园区将加快形成更高水平的雁群效应、集群效应，为全省装备制造业发展提供有力支撑。 沈阳先进制造产业园运营方盛京智造董事长 蔡旭东：未来入驻企业的话要达到100家，年产值我们争取能达到200亿，这样使得它的规模和这是地方经济的拉动作用，我们相信可以得到更大的一个释放。
来源：北斗融媒
工信部等四部门印发国家锂电池产业标准体系建设指南（2024版）
日前，《工业和信息化部 生态环境部 应急管理部 国家标准化管理委员会关于印发国家锂电池产业标准体系建设指南（2024版）的通知》正式发布。 具体内容如下：工业和信息化部 生态环境部 应急管理部 国家标准化管理委员会关于印发国家锂电池产业标准体系建设指南（2024版）的通知工信部联科〔2024〕155号 各省、自治区、直辖市工业和信息化主管部门、生态环境厅（局）、应急管理厅（局）、市场监管局（厅、委），有关行业协会、标准化技术组织和专业机构： 为认真落实《新产业标准化领航工程实施方案（2023－2035年）》，加强锂电池产业标准工作顶层设计，促进锂电池产业健康有序发展，我们组织编制了《国家锂电池产业标准体系建设指南（2024版）》。现印发给你们，请结合实际，抓好贯彻落实。 工业和信息化部 生态环境部 应急管理部 国家标准化管理委员会 2024年9月2日
来源：工业和信息化部
锂电池在数据中心的应用是否已经完全优于铅酸电池？
要想了解锂电池在数据中心的应用是否已经完全优于铅酸电池？我们先来谈谈历史。 锂电池是指锂金属电和锂离子电池的总称，通常所 说的锂电池是锂离子电池，其特点是不含有金属态的锂，支持反复充放电使用。 从 1991 年 SONY 公司推出第一只商用锂离子， 到 2009 年华为在通信基站大规模使用锂电，再到2016 年电动车（锂电）市场爆发，目前，全球前十锂 电厂商的动力电池销量接近 90GWh。 而随着锂离子电池的能量密度和安全性能的持续提 升、成本的持续降低，锂电在通信领域、电力领域、 动力汽车领域、数据中心等领域的需求越来越大，锂电正在向着成为新一代主流能源的方向稳步迈进。 一、为什么要用锂电？ 铅酸电池在通信行业领域数十年来长期占主导地位。但铅酸电池循环寿命短、占地大、对机房承重要求高，生产制程容易造成环境污染，各国的铅酸 电池发展都趋于萎缩，中国铁已经明确不再招标铅酸电池。而锂电池天然具有能量密度高、占地小、长循环寿命等铅酸不具备的优势。伴随着铅酸电池市场占有率快速下降，锂电池在全球的应用急剧增加，其中 5G 站点几乎全部被锂电池覆盖，数据中心的锂电应用在国外一些大型的 ISP 客户也在开始规模使用。可以预测未来 3~5 年时间，锂电池市场份额将接近或超过铅酸电池，锂电池未来占据市场主导已经是各领域的共识。 电池技术路线趋势 1、3C类：钴酸提升充电电压上限，持续提升能量密度；预计2025年后，全固态电解质可进一步提升电压，逐步逼近材料理论上限4.9V 2、动力：高端EV：三元（液态）提升Ni含量+充电电压提升能量密度，Ni含量（811）和电压（4.25）后能量密度提升不明显；未来向固态预计2025年后全固态电解质商用，电压可以进一步提升；中低端EV+大巴：转向铁锂路线 3、循环储能：磷酸铁锂：材料克容量（当前155mAh/g）已接近理论极限（172mAh/g），电压提升已达到极限；主要向循环和安全特性演进；钠离子电池是未来潜在选项：原材料廉价，复用锂电产业链； 4、短时备电：磷酸铁锂，安全、寿命、性价比最优，向功率密度提升、安全等特性演进；未来预计为电池+电容等复合路线图1：电池发展技术路线 二、锂电的基本参数锂电池基本参数概念 电池容量（Ah）：在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量， 通常以安培·小时为单位。 充放电倍（C）：充放电倍率 = 充放电电流 / 额定容量。锂电池工作原理介绍 锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。 正极材料：可选的正极材料很多，主流产品为磷酸铁锂和三元（镍钴锰或镍钴铝）。 负极材料：多采用石墨。 以磷酸铁锂电为例： 正极反应： 放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- 放电时：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4 负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。 充电时：xLi+ + xe- + 6C → LixC6 放电时：LixC6 → xLi+ + xe- + 6C 锂电池种类（一般按照正极材料分类） 钴酸锂（LCO） 锰酸（LMO） 磷酸铁锂（LFP） 三元（NCM） 三、数据中心推荐采用什么材质锂电？磷酸铁锂“Goodenough” 2019年诺贝尔化学奖授予了John B Goodenough，M.Stanley Whittingham 和Akira Yoshino，以表彰他们在锂离子电池发展上所做的贡献。 尤其John Goodenough成为历史上最高龄的诺奖得主，其一生对于锂电池的探索尤为令人敬佩，磷酸铁锂（LFP）作为他的重要贡献之一，磷酸铁锂也被认为是目前最安全，最环保的锂离子电池正极材料。 锂电，尤其是磷酸铁锂在数据中心和通讯基站的应用，就如同老爷子的名字一样，已经Goodenough了。为什么推荐采用磷酸铁锂？ 目前业界主流的锂电分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂 和三元锂。钴酸锂主要应用与手机电池行业；锰酸锂 主要应用于电动自行车行业；磷酸铁锂广泛应用于大 巴车 / 公交车储能，储能电；三元锂广泛应用于家用车 / 出租车储能，储能电站行业。在数据中心场景 目前普遍采用磷酸铁锂和三元锂 2 种电芯，磷酸铁锂 可靠性更高，三元锂能量密度有优势。 1、磷酸铁锂结构更稳定图 2：不同锂电电分子结构 来源：Soroosh Sharifi-Asl, et al., Oxygen Release Degradation in Li-Ion Battery Cathode Materials: Mechanisms and Mitigating Approaches. Adv. Energy Mater. 2019, 1900551 从分子结构来看，磷酸铁锂分子结构为橄榄状三维结构，而钴酸锂、三元锂分子结构都是层状二维结构，2D层状结构易坍塌，相对而言，磷酸铁锂分子结构更稳定。 2、磷酸铁锂热稳定性高、产热速率慢，产热少 • 磷酸铁锂高温稳定，高温产热峰不明显，峰值产热功仅 1W 左右 • 高温或高压下，三元易析氧，加剧燃烧，峰值产热功速约 80W/min，容易触发爆炸式燃烧 ( 秒级)， 系统难以反应控制 • 总产热量方面，磷酸铁锂显著低于三元、锰酸锂等材料（产热功率曲线与横轴的面积代表总产热量）图3：不同锂电高温状态下产热量对比曲线 来源：P. Peng, F. Jiang., Thermal safety of lithium-ion batteries with various cathode materials: A numerical study.International Journal of Heat and Mass Transfer. 103 (2016) 1008–1016 3、磷酸铁锂热失控反应不产生助燃剂 磷酸铁锂在热失控后不会产生氧气，而锰酸锂、钴酸锂、三元锂在热失控后都会产生氧气，因此，更容易起火。 而磷酸铁锂热失控所需要的温度更高，相对而言，锰酸锂、钴酸锂、三元锂热失控需要达到的温度点都远低于磷酸铁锂。图4：不同锂电热失控反应对比 四、数据中心锂电应用的瓶颈 1、成本是瓶颈，但未来可期 随着锂电在电动汽车、工业储能、终端设备等行业的大量使用，以及整个行业生态的建立，锂电成本成逐年下滑的趋势，而铅酸电池（含铅）成本却时高时低，未来成本有上升趋势。因此，在不久的将来，锂电的成本优势会愈发明显，锂电必将在数据中心大规模应用。但是，就目前来看，因为行业铅酸品牌及价格层次不齐，给我们的感觉还是锂电比铅酸贵。图5：锂电及铅酸价格趋势数据来源: CBIA, CAAM, Huawei Search 2、可靠性仍然是未来锂电应用最大的障碍 锂电尽管应用广泛，但是无能是电动汽车还是手机都出现过热失控、起火等事故。在数据中心，则对可靠性要求更高，一旦发生火灾，整个数据中心业务可能都会受到严重损失。图6：锂电热失控起火案例 五、数据中心锂电应用安全保证 1、锂电安全性根因 电池内部在过温和过压情况下出现许多放热副反应，继而形成热量正反馈，从而出现热失控，产生高温和大量可燃气体，继而燃烧。 而机械\电\热激源刺激下引发热失控的根因。图7：锂电热失控起火根因 2、锂电安全性保障 从近几年锂离子电池起火事故(如：Note7，Tesla等)，归纳为内部短路、析锂、高温、体积变化致起火爆炸发生。 而电芯选择磷酸铁锂并不能万无一失。所以，在锂电的设计应用中应该从电芯+PACK+BMS+系统+云计算/大数据等多层面保障锂电安全才能将锂电的热失控起火事故控制在最低限度。 (1)电芯材料体系的选择：优选磷酸铁锂，热失控温度点高，产热速率慢、产热总量少，根本上保障安全性 (2)电芯结构安全设计：机械结构及时切断，抑制温度上升；涂层抑制热失控 • 机械结构：外短路及过充电滥用，通过fuse，OSD等机械结构及时切断，抑制温度上升，阻止连锁反应至热失控； • 功能涂层（化学保护）：发生内短路，机械结构不起作用，功能涂层抑制隔离膜收缩，避免大面积短路； (3)电池模块PACK安全设计：电池模块PACK设计整体从2层4点出发。比如 • 激光焊规避螺钉松脱风险 • 多温度传感器确保模块内温、电压等实时监控 • 夹紧力保证结构稳定性 • 绝缘保护板保护正负端子 • 塑胶绝缘支架，保证电芯间绝缘和结构强度 • 电芯表面绝缘膜包覆，保证电芯与外部绝缘力锂电电池模块安装设计技术流程 (4)BMS安全设计：三级BMS架构，常规V、I、T采样检测、均衡、阈值告警保护+内短路算法+内温估计算法+析锂估计算法，确保电芯不出现热失控 (5)系统安全设计： • 智能电池控制系统，做到单组电压、电流、功率可控，避免出现偏流、环流情况 • 机柜级消防系统，做到热失控快速抑制，精准、高效、环保 (6)AI智能安全保证：关键数据上传至云端，实时监控电池状态，通过横向纵向对比+数据库+安全算法分析，提前进行月/天级安全预警。 六、数据中心锂电应用的挑战 数据中心锂电大量应用除了要解决可靠性及成本问题，事实上，用户在应用锂电时还存在诸多问题，这些问题也将成为未来锂电大量应用的关键考量。 挑战1：多柜并柜均流问题，多柜并联放电，因电芯内阻、容量等不一致、配电的差异等导致的柜间放电不均流，尤其是在短时大电流放电时，造成电池柜逐个过流保护。 挑战2：新旧电池柜在线扩容问题，锂电系统在应用过程中，无法避免部分失效率的问题；或者因负载增大而扩容的需求；就会有新旧电池并联使用的场景。新旧电池柜混用因内阻、容量的不一致，会导致严重偏流，甚至导致单电池柜过流断开。 挑战3：电芯串联均压问题，单组电池内电芯内阻容量等不一致，导致单电芯充电过压，使得整个电池系统无法充满电。 挑战4：故障维护问题，单串电池组内某个电池模块故障，引起整组电池无法正常工作，如何快速维护更换。 挑战5：消防问题，当锂电入列微模块数据机房，假如锂电内发生火灾，如何将火灾控制在机柜内部，不扩散到周边ICT设备？总结 锂电相对于铅酸有者低承重要求、占地小、能量密度高、循环寿命长等天然优势，所以，未来随着锂电成本进一步降低，锂电在数据中心必将大量应用。在安全保障方面，优先推荐采用磷酸铁锂高稳定电芯，其次要从pack、BMS、系统等层面多维度来保障锂电安全应用。然而，事实胜于雄辩，锂电的可靠性及实际应用需要经得起测试考验，锂电在数据中心的大量应用更需要经得起市场验证。
来源：数据中心基础设施运营管理
固态电池“卡位战”开启
在政策、技术和需求的多重驱动下，今年固态电池市场的热度和产业化进程进一步提升。 硫化物固态电解质迎来产业化拐点、叠加以eVTOL为代表的细分领域爆发差异化应用需求，固态电池整体加速从研发迈向产业成果转化，工程化验证又推动了创新工艺、设备的研发与落地。 与此同时，车企、电池企业、材料企业、固态电池初创公司，多方势力各自活跃又不断深化合作，市场关注焦点也从全固态“何时量产”向“谁先量产”转变。 在此背景下，11月20-22日，2024高工锂电年会暨金球奖颁奖典礼将在深圳前海华侨城JW万豪酒店重磅启幕。本届年会主题为“重整边界 重构价值 重塑生态”。 届时，多家固态电池领域企业领袖将在高工锂电年会上发表主题演讲。截至目前，已经有超20家固态领域企业领袖演讲及出席。 其中，中国工程院院士陈立泉，欣旺达动力、卫蓝新能源、利元亨、清研纳科、屹锂科技、中科深蓝汇泽、中科固能、嘉拓智能、华彩科技、精诚时代、麻省固能、先导集团、蓝廷新能源、博路威、力神电池、超威集团等电池、材料、设备企业的领袖高层将做主题演讲或圆桌对话，更多固态企业正在邀请确认中。 从固态电解质突破到关键材料体系搭建，从产品开发到择定细分应用场景先行验证，固态电池产业化发展的逻辑愈发清晰，竞争格局日益丰富，以固态电池为中心的“卡位战”已然开启。 1、差异化需求浮现，混合固液、全固态电池获得新催化。 追寻市场目光来看，先前海内外车企被认为是固态电池抢先布局和进度推动的主要势力，新能源汽车也由此被认为是固态电池率先批量搭载的场景。 国内混合固液电池已于今年实现装车。2023年底，蔚来汽车联合卫蓝新能源推出首款混合固液电池产品，电芯能量密度达360Wh/kg、以150kWh系统设计可支持1000km续航，成为了固态电池产业化的首个标杆案例。 今年以来，卫蓝新能源主导的混合固液电池开始出货，截至7月份的累计装车量已突破2.6GWh。8月，SES AI的100Ah混合固液锂金属电芯通过GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》安全测试，成为行业首个通过该标准的锂金属电芯，技术初创企业混合固液电池产品的上车进程也不断加快。 以上均意味着混合固液电池在技术、制造工艺、批量应用上的成熟度不断提升，市场认可度随之高涨。 由此出发，混合固液电池技术及产品开始向商用车、储能、无人机、eVTOL等细分场景渗透，追求通过对高安全、高充放倍率、高能量密度等差异化需求的满足来提前抢占市场。 混合固液储能示范项目频出，鹏辉能源、南都电源等储能企业入局固态，宁德时代凝聚态电池搭载4吨级电动飞机成功试飞等，均是固态电池应用场景不断拓宽的证明。 2023年初，力神电池第二代混合固液电池产品就已规模化应用于物流无人机，飞行续航300公里；第三代混合固液电池产品，同时面向纯电动长续航乘用车、eVTOL等领域，采用软包形态，能量密度高达402Wh/kg，循环寿命1000次，计划2025年量产。 与此同时，消费电子、轻型电动车等电芯容量要求小、但性能要求高的领域，也正在推动全固态电池加速量产。 10月，屹锂科技宣布其位于江西于都的0.5GWh全固态消费电池量产线正式投产，为产业带来了全固态电池开启量产新阶段的积极信号。此前，公司成功研发并制备出2Ah及5Ah的全固态电池软包电芯，能量密度达到410Wh/kg、充放电循环寿命达到2000次以上，计划率先在消费电子领域实现商用。 2、赛道活跃，投扩产并行，主流技术路线逐步清晰。 固态电池产业化的加速，也可以从资金、企业的持续活跃中反映出来。 今年来，宁德时代、中创新航、国轩高科、亿纬锂能、欣旺达等电池企业，广汽、上汽、长安等车企纷纷公开固态电池量产时间表。 其中电池企业的规划趋于谨慎，认为2027年会是全固态电池（大容量/车规级）小批量制备的节点。其中欣旺达计划在2026年建设1GWh全固态产线，实现60Ah电芯的初步量产，并将成本控制在2元/Wh以下。 部分车企则更大胆地将全固态电池的装车节点设定为2025、2026年。自研，或者与掌握研发经验与核心技术的初创企业建立深度合作，是当前车企推动固态电池落地的两种形式。市场也愈发好奇，全固态量产应用的“圣杯”将由哪一股势力最先捧得。 固态电池正是在市场喧嚣与火热竞争中不断推进，一些共识已经形成： 复合固态电解质（聚合物+无机物）成为混合固液的主流选择，今年新投产的固态电池生产项目也集中于此。 硫化物开始被头部企业集中选择，被认为是最有潜力实现全固态的技术路线，多家企业正集中攻克20Ah级别硫化物全固态电池制备的难关。 与此同时，面向固态电池领域（包含电池、电解质、硅基负极等）的投资还在不断继续，据统计2024年前三季度共发生19笔融资事件，已达到了2022、2023年的全年融资规模。 其中值得关注的是，如聚焦硫化物-聚合物全固态路线，产品历经四代迭代的中科深蓝汇泽，新增来自中石化等的数亿元融资；太蓝新能源于8月获得来自长安汽车等的数亿元B轮融资。 以上两起融资事件，反映出传统能源企业通过固态电池参与新能源转型的决心，同时也为固态电池技术落地提供了更为扎实的产业基础。 3、新老势力汇合，固态电池核心材料体系率先迎来产业化拐点。 固态电池技术路线逐渐明确，背后是以固态电解质为核心的材料体系在性能和工艺上的持续突破。在此过程中，传统锂电材料与“固态电池材料体系”的界限也逐渐模糊并走向融合。 固态电解质曾被认为是对锂电四大主材中电解液、隔膜的替代。但实际上，是固态电解质、固态电解质层同时充当了电解液与隔膜的功能；同时推动电极/电解质的界面修饰和改性研究，则是提供固态电池整体性能的关键。因此，固态电池产品的形态定义、制造工艺等，实际上迫切需要锂电产业一直以来所积累的工程化经验的支撑。 如在溶剂、锂盐中加入聚合物和引发剂等形成液态电解质，再通过光、热或电化学反应转化为固态电解质，便是目前受到行业重视的原位固化工艺。 又如固态电解质制备的主流工艺之一高温固相合成，是一个对粉体进行高温烧结的过程，类似于正负极活性材料的制备；固态电解质膜的制备，同样有干、湿法工艺路线之分，对成膜厚薄、均匀度、孔径大小、防止刺穿等关键性能上也有着与隔膜一样的要求。 此外，固态电池若想突破400Wh/kg以上能量密度，需要依托富锰正极和锂金属负极，固态电池整体进度的加快，也正在对正负极材料企业提出更为紧迫的要求。 因此，固态产业中可以看到越来越多来自天赐材料、星源材质、恩捷股份等传统电解液、隔膜企业，还有正负极企业的进展与动态。如宜宾锂宝通过制造纳米级的颗粒来增加固态电解质与电极材料的接触面积，从而提高电池的充放电速度和效率；通过复合材料技术，增强电解质材料与正极材料结合等， 对于传统锂电材料企业来说，进入固态电池供应链，甚至成为电解质等关键材料供应商，将推动其在电芯BOM端价值量占比的大幅提升（较液态）。固态电池带来的是重塑产业格局的机会。 固态电池产业化的先决条件是固态电解质及原材料的产业化，而不同技术路线并非相互取代的关系，而是长期共存、互相配合。 今年，部分聚合物、氧化物固态电解质以电解液、浆料、电解质膜等形态进入出货阶段。 如蓝廷新能源依托隔膜研究和MOF材料优势，开发出高性能（半）固态电池用固态电解质、固态电解质膜片、MOF涂覆隔膜、固态电解质涂覆隔膜、粘结剂等产品，已密集向电池企业送样复合膜，反馈对电池倍率、循环有明显改善，预计年内形成销售订单，率先在混合固液电池中批量应用。 随着性能上界面接触、离子电导率的突破、制备上低温、液相合成工艺的发展，硫化物固态电解质产能也在中科固能、瑞固新材等企业的推动下，进入了开工建设的实质推进阶段。2025年将迎来多条百吨级硫化物产线的跑通，其安全、稳定、规模制备的问题有望在产线中得到解决。 同时，固态电池初创企业也不断通过产业合作来丰满羽翼。如以定位为硫化物固态电解质供应商的中科固能为例，其在今年已经与高能数造、中车戚墅堰、琥崧集团、宝晟能源、徐工创投、璞泰来等多家企业建立合作。可看出哪怕仅是固态电池核心材料的量产推进，同样需要产业链上下游的协同配合。 4、设备研发、出货加速，固态产业生态逐渐成型。 无论混合固液还是全固态，想达到量产并降本两大目的，都离不开工艺与设备的研发创新。新型材料体系的制备工艺，对良率与效率都提出了更高的要求。 无论是出于更兼容硫化物电解质的考虑，还是工艺简单、无溶剂污染、降低生产成本、提高能量密度等优势，干法工艺在固态电池中的应用受到越来越多关注，但也对混合均匀度、纤维化、辊压精度、压实密度等都带来更多挑战。最终对于电解质膜的制备来说，需要的是在离子导电性、厚度和机械性能之间取得巨大平衡。 因此虽然固态电池工艺尚未定型，但工艺难题的攻克离不开锂电设备厂商基于过往制造经验提出解决思路并进行验证。 曼恩斯特全固态电池干法复合制膜一体机，具备多辊并排连轧、伺服辊缝控制、集成化设计三大特点。通过多辊并排连轧，可实现膜片的多级压延成型，进一步提高了膜片的密实度和均匀性。伺服辊缝控制技术，能够精确调节压辊辊缝间隙、压力及温度，从而确保膜片的制备过程更加稳定可靠。设备集成了放卷、复合及收卷功能于一体，能够集流体与膜片的高效复合。 清研纳科干法电极成型覆合一体机，双面同时覆合、10-20辊的多辊设计，叠加伺服液压辊缝控制，可实时检测辊缝与压力，辊缝控制精度可达1μ，切边宽度自动对齐，纠偏闭环调节，双轴自动收放卷，辊压宽度1000mm，产速度80m/min，厚度精度控制在±2μm。 华彩科技干法制备自支撑膜技术，可实现小于2% PTFE含量的石墨负极，及NCM正极配方的纤维化，并显著提升纤维化物料内部活性物质、SP及纤维拉丝包覆的均匀性；干法工艺极片张力可达0.5MPa以上，同时支持350mm幅宽的自支撑膜中试规模连续化生产。 嘉拓智能对辊/多辊干法电极辊压设备，其膜宽＞1000mm，膜片张力≥4N，辊子可独立驱动，转速、压力可独立控制，并实现闭环控制辊缝、成膜厚度、压实密度。 博路威BENDCON挠度分区可控辊技术，可智能调整各个分区压力；进料测厚、出料测厚系统联控，和目标厚度一起分析，参与辊压系统智能计算，实现厚度智能闭环控制。能满足高均匀性极片辊压、宽幅电池极片辊压的要求。 不过，出于设备投入成本、技术成熟度等考虑，湿法涂布工艺也依旧存在于固态电解质层的制备中。精诚时代自主研制2.5D多层共挤、涂布解析系统，能够精确模拟涂布过程中的流体动态，以合理优化的模头设计，确保涂布的精度和一致性，有望推动固态电解质膜的批量生产。 为提高涂布质量，方恩电子推出固态电池极片保护胶带，剥离力＜5g/25mm，可有效防止极片出现打皱现象；总厚度不超过30μm，黏贴后不影响辊压工艺，同时在辊压时也能够给予极片一定强度，降低了极片破损的可能性。 另有行业人士指出，固态电池工程化验证难度大，引入整线解决方案，能够更好地把控生产条件的一致性，有利于新工艺的高效验证。 先导智能全固态整线解决方案，在电芯结构缓冲件成形、无隔膜叠片、连续致密化、高压化成分容等关键技术上具备优势，叠加采用干法电极与高度集成化设计，设备制成工序相对传统工序大幅减少，最终能够实现人力需求降低20%、整体投入降低30%。 利元亨则于近期中标国内头部企业的第一条硫化物固态电池整线项目，该项目覆盖了固态电池生产的前段、中段和后段设备。
来源：高工锂电
固态电池技术持续推进
近期，固态电池产业链迎来密集催化。华为公布硫化物固态电解质新发明“掺杂硫化物材料及其制备方法、锂离子电池”。此外，11月7日，长安与太蓝新能源联合发布无隔膜固态电池技术。 业内人士表示，此次华为公开的硫化物固态电池相关技术契合未来新能源汽车和储能系统等应用场景对锂离子电池性能不断提升的需求，市场空间可观。中国产业链对固态电池研发较早，全方位布局固态电池研发。从上游原材料，到中游材料，再到电池环节，中国产业链实现全产业链布局研发。 事件驱动 固态电池产业链迎来密集催化 11月5日，华为公布硫化物固态电解质新发明“掺杂硫化物材料及其制备方法、锂离子电池”。该专利通过掺杂包括氮元素等材料，使得掺杂硫化物材料对金属锂具有较佳的稳定性，制备的锂离子电池具有较长的使用寿命。根据披露，该锂离子电池具备以下特点：高能量密度、高安全性、长循环寿命以及高稳定性能;该电池还成功解决了液态锂硫电池体系中多硫化物(LiSx)穿梭导致容量显著衰减这一关键难题。 11月7日，太蓝新能源与长安汽车联合举办无隔膜固态锂电池技术发布会。技术方面，太蓝首推锂电池“减材制造”理念，其4-3-2-1技术路线：在锂离子电池四大主材基础上，第一步，减掉隔膜、部分电解液，用于最先量产、装车的半固态电池;第二步，减掉全部电解液，用于低空经济等领域全固态产品;第三步，减掉负极，用于未来无负极全固态产品，确定了从液态到半固态、全固态电池的产业路径。 此外，据鑫椤锂电公众号消息，近期，据悉宁德时代（300750）全固态电池研发团队已扩充至超过1000人;宁德时代目前主攻硫化物路线，并已进入20Ah样品试制阶段;目前的方案能将三元锂电池的能量密度做到500Wh/kg，比现有电池提升40%以上。 固态电池作为能够大幅提升锂电池能量密度，提升电池安全性的下一代电池核心技术，受到新能源汽车与锂电池行业重点关注，头部汽车公司和电池企业对固态电池技术研发持续投入，固态电池技术不断进步。 行业前瞻 固态电池应用空间广阔 在全球三大市场同步发力，新能源车高增长趋势确定。兴业证券预计，2024年、2025年销量分别超过1700万辆和2100万辆。在新能源车市场高景气度的背景下，动力电池装机需求同步上升，预计2024年全球动力电池需求将达930GWh，到2025年将超过1100GWh，正式迈入TWh时代。 同时，低空经济打开固态电池需求新空间。由于需要控制起飞重量并提升载重，为了保证飞行器续航对电池的能量密度提出了更高的要求，同时在起飞、悬停和降落过程中放电电流达到3C甚至以上，且悬停过程中高倍率持续时间较长，因此，eV-TOL相对于电动车对于电池性能提出了更高要求。根据RolandBerger预测，2030年全球运营载人eVTOL数量有望达7000架，UAM(城市交通)市场规模有望达20亿美元，2050年全球运营载人eVTOL数量有望达16万架。 2022年以来，固态电池的研发和产业化取得了明显的进展，《2022—2027年中国固态锂电池产业发展趋势及投资风险研究报告》显示，2023年全球固态电池出货量约为1GWh，主要为半固态电池。根据机构预测，到2030年，全球固态电池出货量将增长至614.1GWh。 此外，国家不断重视固态电池行业的发展，各大高校单位对固态电池进行研发。尽管目前我国固态电池行业正处于起步阶段，随着技术进步，固态电池有望实现大规模商业化应用。根据机构预测，到2030年，中国固态电池市场空间将增至200亿元。 投资机会 上游、中游环节均有望受益 兴业证券认为，中国产业链对固态电池研发较早，全方位布局固态电池研发。从上游原材料，到中游材料，再到电池环节，中国产业链实现全产业链布局研发。宁德时代积极布局固态电池，计划在2027年具备固态电池量产能力。海外车企与电池企业同样重视固态电池研发。 对于具体投资标的，兴业证券首推固态电池研发布局早、研发保持高投入的宁德时代，建议关注有固态电池规划的国轩高科（002074）、鹏辉能源（300438）、南都电源（300068）;中游材料环节建议关注依托现有材料研发深厚积累，积极开拓固态电池材料的公司容百科技、厦钨新能，建议关注布局硫化物电解质研发的公司有研新材（600206）。 开源证券表示，除硫化物路线相关材料供应链外，更加适配固态电池技术的干法电极、铝塑膜封装等工艺路线同样有望受益。受益标的有硫化物路线相关：厦钨新能、有研新材、蓝海华腾（300484）等;干法电极设备制造商：纳科诺尔等;太蓝新能源相关：道氏技术（300409）、紫建电子（301121）;铝塑膜龙头：紫江企业（600210）等;高空隙复合膜：长阳科技。 方正证券指出，此次华为公开的硫化物固态电池相关技术契合未来新能源汽车和储能系统等应用场景对锂离子电池性能不断提升的需求，市场空间可观。建议关注 宁德时代、亿纬锂能（300014）、嘉元科技、德福科技（301511）、诺德股份（600110）、湖南裕能（301358）、天赐材料（002709）、铜冠铜箔（301217）、科达利（002850）、厦钨新能。同时建议重点关注固态电池和复合铜铝箔的技术进展。
来源：大众日报
