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新突破！清华团队助力提高全固态锂电池能量密度
近日，清华大学化学工程系张强教授团队发表了全固态金属锂电池富锂锰基正极材料的体相/表界面结构设计的研究结果，提出了一种原位体相/表界面结构调控策略，构建了快速稳定的Li+/e−通路，促进了富锂锰基正极材料在全固态锂电池中的实用化。 电池在现代能源领域发挥着至关重要的作用，在便携式电子设备、电动汽车和电网规模储能应用等领域取得了巨大成功。然而，在提高电池能量密度的同时，如何确保电池的安全是关键。随着对提升电池能量密度的需求急剧增长，依赖于传统正极材料和有机电解液的传统锂离子电池技术在长期循环稳定性、宽温域、安全性等方面遇到了技术瓶颈。相较传统的锂离子电池，全固态锂电池可以突破较高的能量密度限制。由于其卓越的能量密度和安全特性，也使其成为最有前景的下一代电池技术。尽管如此，经典正极材料目前还不能满足全固态锂电池的高能量密度和安全性要求等。富锂锰基正极材料由于其放电比容量≥250 mAh/g，能量密度≥1000 Wh/kg，Co和Ni含量低，已成为一种用于全固态锂电池最具前景的正极材料。 然而，由于较低的电子电导率和明显的不可逆氧化还原反应导致界面结构严重退化，使得富锂锰基正极材料在充放电过程中的动力学行为受到损害。氧逃逸现象加剧了这种界面失效行为，导致电解质氧化分解，进而破坏了富锂锰基正极材料与电解质之间的界面稳定性。 为工作状态下的电池构建和维持稳定的Li+和e−传输路径是推动全固态电池实用条件下实现长循环的前提。研究团队通过调节体相/表界面结构创新设计，可以在正极材料/固态电解质界面处原位构建稳定快速的Li+/e−通路，促进阴离子氧的氧化还原反应活性，增强室温下全固态锂电池正极材料表面阴离子氧氧化还原反应的可逆性，从而稳定高电压固-固界面。图1.富锂锰基正极材料体相/表界面结构设计策略改性示意图 该研究提出一步法合成策略，优化富锂锰基正极材料体相/表界面结构，创制了具有体相嵌入结构、W掺杂和Li2WO4表面包覆的富锂锰基正极材料（5W&LRMO）。该结构增强了富锂锰基正极材料的体相结构稳定性，改善了Li+/e−的传输动力学，显著提升过渡金属阳离子、阴离子氧的氧化还原活性，实现了阴离子氧氧化还原反应在充放电过程中的电荷补偿，从而促进了富锂锰基正极材料表面氧离子氧化还原反应的可逆性，稳定了高电压固-固界面。优化的界面确保高电压区间充放电稳定性，并在长循环周期内保持高效的Li+/e−转移动力学，从而提高了复合正极材料中活性物质的利用率。图2.富锂锰基正极材料在首次充放电过程中的界面Li+传输动力学演变 该研究通过原位阻抗（EIS）测试结合弛豫时间分析（DRT），揭示了富锂锰基正极与电解质界面的阻抗演变过程，提出的方法实现了可视化首次充放电及长循环过程中界面演变过程。研究深入了解改性前后富锂锰基正极材料与电解质的界面结构演变，发现改性前富锂锰基正极材料在高电压下表现出不可逆的阴离子氧氧化还原反应，进一步氧化正极与电解质界面，导致阻抗显著增加并阻碍了界面Li+的传输。相反，改性后富锂锰基正极材料表现出稳定/快速的Li+扩散动力学，尤其是在4.6 V的高电压下，最大限度地减少界面阻抗值变化。因此，通过改善阴离子氧氧化还原反应可逆性，促进了更快、更稳定的界面Li+传输。复合正极材料达到~3 mAh/cm2甚至更高的面容量更容易实现工业级的应用。在25℃下，高面载量5W&LRMO正极材料在0.2 C倍率下的面容量约为2.5 mAh/cm2，且在100次循环后具有88.1%的容量保持率；在高倍率1 C时，表现出超长循环稳定性，循环1200次，容量保持率为84.1%。研究为设计富锂锰基正极材料的体相/表界面结构提供了新途径，为提高全固态锂电池的能量密度提供了有效途径。 10月1日，相关研究成果以“全固态锂电池富锂锰基阴极的体积/界面结构设计”（Bulk/Interfacial Structure Design of Li-Rich Mn-Based Cathodes for All-Solid-State Lithium Batteries）为题发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。 清华大学化工系教授张强和助理研究员赵辰孜为论文通讯作者，清华大学“水木学者”博士后孔伟进为论文第一作者，论文共同作者包括清华大学化工系2023级博士生沈亮等。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京自然科学基金、江阴-清华创新引领行动专项等的支持。
来源：清华大学
江西广昌：一日产100万支锂电子电池项目开工
10月10日，江西启程时代新能源有限公司日产100万支锂离子电池项目开工典礼在江西省抚州市广昌县工业园区扩区电子信息产业园内举行。 近年来，广昌县通过不断优化营商环境，加大招商引资力度，借助深圳市时代伯乐创业投资管理有限公司等平台架起“金融鹊桥”，推动资本与产业“双向奔赴”，实现“以投促引、以投促产”的招商新路径。完善产业链条，吸引了众多新能源企业纷纷落户。 截至目前，广昌县新能源新材料产业（电子信息产业）共有企业60家，其中规上企业36家，培育形成以志特新材、广德环保科技、灿辉新能源、立骅科技等企业为龙头的新能源新材料首位产业集群，主要生产锂电池、铝合金、有色金属新材料、树脂纤维材料、永磁材料、手机平板等中框加工、胶壳、变压器、电源适配器等产品。2024年1-8月新能源新材料产业实现主营业务收入33.8亿元，税金5075万元。
来源：人民网
固态电池“上车”倒计时 产业化时机已至？
继800V、超快充、城市导航辅助驾驶争先“上车”以后，行业需要新的故事来提振士气。作为没有明显短板、充电速度快、安全性高、续航里程长、被视为电池“终极技术”的固态电池被推到了台前，事关固态电池的每一次消息披露——技术突破、量产时间和战略合作等均引起不小的关注。 近期，新一轮固态电池热潮悄然而至：东风汽车集团称即将量产能量密度350Wh/kg的固态电池产品，并将加速自研下一代全固态电池，能量密度突破550Wh/kg；鹏辉能源计划2026年正式建立固态电池产线并批量生产；宁德时代预计将在2027年实现小批量生产…… 固态电池被认为是锂电池的终极形态，已成为全球动力电池领域竞争的技术高地，中国、日韩、美国均将其作为下一代电池技术的制胜点，试图抢占先机获得一定的竞争优势，成为“未来的宁德时代”。 然而，量产固态电池成本高、难度大，部分基础技术、生产工艺相关问题仍未解决，短期内难以实现规模化应用，行业普遍认为固态电池产业化时间将集中在2027年～2030年。 颠覆新能源汽车的下一代电池技术？ 与行业普遍搭载的液态锂电池相比，固态电池在能量密度、安全性、工作温度等方面更具优势，一定程度上可以提高电动车的续航里程、减少当前液态锂电池存在的潜在风险，例如热失控和电池燃烧。 当前固态电池的技术路线主要分为氧化物、聚合物与硫化物三种。其中丰田、三星SDI、宁德时代、国轩高科等押注硫化物，国内电池企业如清陶能源、北京卫蓝、赣锋锂电、重庆太蓝等普遍选择氧化物路线。有电池业内人士称，目前很少有固态电池公司在做纯聚合物路线。 宁德时代首席科学家吴凯曾表示，三种固态电解质没有一种十全十美，其中硫化物路线进展较快，率先量产的可能性相对更大。比亚迪股份有限公司电池CTO孙华军认为，硫化物固态电池将在电池寿命、快充等领域实现突破，其中2027年～2029年是硫化物固态电池的示范期，主要针对中高端电动车；2030年～2032年，硫化物固态电池会进入拓展期，将运用到主流电动汽车。 在实际应用中，由于固态电池的量产难度导致进展缓慢，厂商们纷纷采用折中方案——半固态电池，即把固态电解质和液态电解质混合使用，但由于其能量密度相比液态电池并不明显，成本不低，安全性不如全固态电池，业内有声音认为这种“取巧”的技术路线是“鸡肋”般的存在。 今年以来，中国企业不断释放出固态电池的研发和量产消息，但其用来抢跑的技术并非具备颠覆性的全固态电池，而是半固态电池，今年上汽、蔚来等多家车企将其作为卖点加以宣传。 但实际上，受制于技术和制造工艺等方面的挑战，全固态电池的大规模量产仍需要时间。 “固态电池急不得，要一步一步来，一次性做出来的就只能是一个样品，这是没有意义的。”中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高认为，固态电池的发展要先解决电解质问题，然后解决负极问题，再解决正极问题。 在欧阳明高看来，最开始固态电池能量密度可能没有想象中高，但可以提高电池安全性、简化热管理，最终目标是在2030年实现固态电池的大规模产业化。 比亚迪首席科学家廉玉波近期称比亚迪已在固态电池领域进行了深入研究，广泛应用“三年比较艰难、五年比较现实”。廉玉波认为，受制于成本和材料的可控性等因素，未来15～20年内，固态电池将主要应用于高端车型，与磷酸铁锂电池相互赋能，分别在不同层级的车辆上使用。 中信证券研报指出，2024年以来，我国出现半固态电池量产车型上市、半固态电池装车渗透率达1%等边际变化，产业化信号已至。消费者对于长续航里程车型形成10万～15万元的溢价预期，将有助于固态电池渗透。 “到现在为止，全固态电池还没有真正进入量产阶段，而是处于像上世纪80年代中后期液态锂离子电池积累的状态。”清陶能源总经理李峥认为，中国在全固态电池量产领域，最大的优势还是产业规模和市场规模。“我们有最完整的产业链、最大的市场、最多的研究人员。” 值得一提的是，今年以来我国对固态电池的政策支持加速落地，相关部门正加紧研究固态电池与下一代电池的产业政策。 量产倒计时 车企和动力厂商巨头们的下场以及政策的利好，将加快国内固态电池产业的进程，但固态电池何时能够实现规模化量产应用，仍难确定。 真正的固态电池并非无法实现。上世纪90年代，美国橡树岭国家实验室发现了合适的固态电解质，以此为基础的薄膜电池能量密度超过700Wh/kg，是如今液态锂电池的2.5倍。 但固态电池走出实验室走向产业化，历经30年未能如愿，横亘在前的是巨大的工程与技术难题。“尽管全固态电池的确拥有更高的能量密度，更高的本征安全，以及更宽温域的优势，但全固态电池的开发难度更大，还需要在材料、设计、制造、集成等方面进行突破。”有业内人士对记者表示。 有电池企业人士告诉记者，对于全固态电池的量产上车进程需要谨慎看待，实验室产品和真正落地的产品存在不小差距。 孙华军透露，“目前我们实际的状态还是从早期的实验室到工程化转化的过程，我们有大量实验室数据，也做了大电池，结果发现固态电池大规模量产还是存在许多问题，包括工程问题和界面问题。在全固态电池的大规模量产上，比亚迪仍有较长的路要走。” 而除了基础技术、制造工艺、锂枝晶抑制、固—固界面问题、原材料供应链的稳定性以及电池性能的进一步提升等技术难点之外，固态电池落地的另一个核心挑战是成本高企带来的量产困难，短期内难以实现规模化应用。目前，全固态电池的制造成本是锂离子电池的4～25倍。 行业将固态电池产业化时间普遍定在2027年～2030年，国内外不少车企对于固态电池“上车”有了较为明确的时间表。广汽集团宣布全固态电池将于2026年实现量产搭载，率先应用于旗下的昊铂车型；长安汽车计划在2030年实现量产；搭载全固态电池的智己新车将于2027年实现量产交付；宁德时代、鹏辉能源、卫蓝等电池厂商们的固态电池落地时间表基本集中在2026年至2030年左右；宝马承诺在2025年前，推出搭载全固态电池的电动汽车原型车，并在2030年前量产…… 有机构测算，2030年，全球固态电池出货量或将达到643GWh，2024～2030年复合年均增长率将达133%。
来源：21世纪经济报道
大圆柱电池量产“竞速”升温
以4680、4695等型号为代表的大圆柱电池正成为动力电池领域的新焦点。近日，松下能源宣布，已完成4680大圆柱电池量产准备工作，和歌山工厂将成为该电池的主要生产地；特斯拉宣布第1亿颗4680电池正式下线，并计划进一步扩大产能。 当前，大圆柱电池凭借其卓越的性能和成本优势备受市场青睐，吸引众多企业积极布局。在业内人士看来，尽管大圆柱电池在量产过程中仍面临工艺技术等方面挑战，但随着各家企业工艺改进和产线跑通，良品率有望持续提升，市场前景广阔。 企业争相布局 特斯拉于2020年率先推出4680大圆柱电池，采用大电芯+全极耳+干电池的多技术融合。具体来看，相比以往的2170电池，4680大圆柱电池直径更宽、高度更高，仅由950个电芯组成，能量密度约为300千瓦时/千克。 截至目前，宁德时代、亿纬锂能、LG新能源等国内外电池企业相继重金布局大圆柱电池，展现出对该技术路线的强烈信心。 亿纬锂能近期发布信息显示，该公司将发行可转债，拟募集资金50亿元，用于建设“23吉瓦时圆柱磷酸铁锂储能动力电池项目”以及“21吉瓦时大圆柱乘用车动力电池项目”。此外，亿纬锂能曾在6月发布大圆柱电池新产品，该产品具备6C快充技术，同时在低温性能、耐用性和残值率方面表现出色。 5月，国轩高科发布具备4C快充的高镍三元46系列大圆柱电池。国轩高科日前在互动平台表示，该款大圆柱电池使用自研的第二代硅碳材料和极速电解液，目前产品处于C样验证，预计2025年实现量产交付。 欣旺达在1月表示，公司正在与客户共同研发大圆柱电池，处于中试阶段，后续将根据客户需求逐步进行产能布局；同月，中韩（惠州）产业园恒泰新一代全极耳大圆柱电池项目正式投产。据悉，该项目是目前国内第二条46系列大圆柱全极耳电池量产产线，年产能可达1吉瓦时。 工艺仍待完善 在业内人士看来，今年以来，46系列大圆柱电池下线与规模化生产消息频传，显示出行业对该电池技术的看好，以及其巨大的市场潜力。 国际智能运载科技协会秘书长张翔在接受《中国能源报》记者采访时介绍，按照封装形式划分，动力电池可分为方形、软包、圆柱三类，其中圆柱电池在能量密度、一致性、生产工艺等方面具备优势。同时，圆柱电池支持大电流充电，可大幅提升充电速度。 “相较于方形和软包电池，大圆柱电池在生产效率、产品一致性等方面展现出潜力，防爆性能也更好，这得益于其采用的钢壳设计，安全系数更强，而方形电池则多为铝壳。”锂电产业研究机构真锂研究创始人墨柯向《中国能源报》记者表示，“未来，随着技术成熟，大圆柱电池有望在电动汽车和中小储能市场得到快速推广应用。” 墨柯提到，相比传统的18650、21700型号小圆柱电池，大圆柱电池具有更强的通用性，其在原有的小圆柱电池市场基本上都可以应用。并且，大圆柱电池具有更大的体积和容量，能够在相同能量需求下减少所需电池数量，降低复杂性和成本。 不过，值得注意的是，虽然大圆柱电池优势颇多，但其大规模生产仍存挑战。欣旺达方面此前提到，目前，大圆柱电池的难点在于工艺，主要体现在全极耳的制造效率和产品直通率，这是影响大圆柱电池能否量产的关键。 “大圆柱电池真正实现大规模量产仍需时间，以等待工艺完善和市场验证。”张翔认为。 另外，墨柯指出，相较于小圆柱电池，大圆柱电池体积有所增大，对生产设备提出新挑战。为了不降低生产效率和良品率，生产设施需要进行改进。“不过，这一过程的难度其实并不太大，现在部分企业已经做到并实现生产。” 市场竞争升级 整体来看，受访人士普遍认为，大圆柱电池凭借其技术优势、市场需求以及企业布局的加速，在全球范围内存在巨大发展空间和潜力，随着工艺难题的逐步解决，大圆柱电池的量产进程将进一步提速。 “46系列大圆柱电池目前虽然规模还不是很大，但正处于放量增长的过程中，市场前景被广泛看好。预计未来几年，这种电池的规模化生产以及应用将会迅速增长，为储能和电动汽车产业的发展注入新的活力。”墨柯表示。 华泰证券研报预计，到2027年，全球大圆柱电池装机量有望达429吉瓦时，对应市场规模达2144.8亿元，2023年—2027年复合年均增长率可达110.7%。东莞证券指出，年内大圆柱电池有望开启规模化量产，将带动产业链主辅原材料、结构件以及设备等相关环节的升级迭代需求增长。 另外，有业内人士指出，经过近几年的探索布局，国内企业在46系列大圆柱电池领域已经形成一定的技术储备和商业化能力。“中国电池企业擅长在现有技术基础上进行改良，且学习能力强，能快速消化并实现赶超。长期来看，随着46系列大圆柱电池工艺的成熟，中国企业未来将在全球大圆柱电池竞赛中取得优势和领先地位。”墨柯表示。
来源：中国能源报
德国大型电池储能在未来两年内增四倍
根据德国太阳能工业协会（BSW-Solar）的预测，德国的大规模电池存储能力在未来两年内大幅度增至4倍。到2026年，在现有的1.8GWh的大型存能设施（连接容量超过1兆瓦）的容量基础上，预计增加的容量约为7GWh。除了已经安装的超过150万个家庭和商业存储系统外，大型电池存储系统将在光伏发电整合到电力系统中发挥越来越重要的作用。 推动储能扩张的主要因素是电力市场的推动包括市场峰谷价差。根据BSW-Solar的说法，这种商业模式使得存储系统能够在没有额外补贴的情况下，将廉价的太阳能从高产量时段转移到高电力需求时段。 德国太阳能工业协会的总经理Carsten Körnig解释说：“随着越来越多的太阳能发电产出，使得越来越便宜的电力储存成为一个有益的商业模式。大型电池存储设施的增加将有助于更好地将光伏电力的快速扩展整合到电力系统中。” 目前德国超过80%的小型光伏屋顶系统已经与电池存储结合安装，到2024年上半年末已经安装了151万个家庭存储系统，总容量为13GWh。此外，还有1.1GWh的商业电池存储容量和1.8GWh的大规模电池存储容量。到2024年上半年末，总共安装了近16GWh的存储容量。
来源：E Small Data
明年碳酸锂价格甚至可能下跌到每吨5万元左右
据中央广播电视总台经济之声《环球新财讯》报道，经过8月中下旬短暂的平稳走势后，9月份碳酸锂价格重回下跌通道，眼看要跌破每吨7万元。业内人士预计，明年碳酸锂价格甚至可能下跌到每吨5万元左右。为什么新能源汽车卖这么好，作为锂电池主要原料的碳酸锂却持续价格低迷？ 9月份以来，碳酸锂价格再次下行。在现货市场，经销商的报价已经降到每吨7万元。经销商告诉记者：“电池级的（碳酸锂）整车在每吨71000元左右。有些存货的话，可以再等等。如果你要是买了到明年再用，那就没有必要，明年可能还要往下探，但是最近这一两个月就不一定了。” 而在期货市场，碳酸锂主力合约价格上周从每吨接近8万元，下跌到每吨7万元，个别交易日盘中还一度跌破7万元。 8月，全国新能源乘用车市场将迎来显著增长，批发销量将上升到105万辆，比去年同期大增32%，环比增长11%。新能源汽车卖这么好，为什么作为锂电池主要原料的碳酸锂却持续降价？ 分析师韩敏华说，主要是因为目前我国碳酸锂供应整体充足。“今年以来，国内碳酸锂产能仍处于释放阶段，虽然江西地区部分锂云母提锂企业开工不稳，但是2季度以来，其他生产工艺如锂辉石提锂受原料进口增长带动企业产量继续提升；卤水提锂生产企业开工负荷保持高位；叠加海外主产国生产放量、1月至7月我国碳酸锂进口量同比提升51.6%。”韩敏华表示。 江西一家碳酸锂生产企业的负责人谢文坚告诉记者，今年以来，国内碳酸锂的产量虽然在下降，但是直到目前，供给仍然大于需求，市场仍然处于逐月累库的过程中。 谢文坚说：“供应量现在已经成了一个绝对大的值，之前可能每个月整个市场要多出1万吨，现在差不多每个月多出5000吨。每个月的产销慢慢达到平衡之后，还要把这些库存去掉，才能真正有一个强烈的企稳信号，现在还没出现这样的信号。” 一个多月前，国家发展改革委与财政部联合发布《关于加力支持大规模设备更新和消费品以旧换新的若干措施》，汽车报废更新补贴大幅增加，大大提振了消费信心。汽车业内人士预计，9月份之后，促消费政策效果会进一步显现，新能源汽车销量还将拉升，这意味着碳酸锂的需求量也会有可观的增幅。 不过韩敏华认为，碳酸锂市场仍然难以摆脱低迷走势。“由于目前下游各环节头部企业市占率高、客供及长约比例较大，目前需求方对于碳酸锂议价话语权较强，制约碳酸锂价格上行。后续月份来看，虽然9月及之后是终端行业旺季，但是目前来看，碳酸锂供应过剩局面缓解空间预期不大，价格预计维持偏弱僵持运行。”韩敏华说。 一个让人疑惑的现象是，从去年第三季度碳酸锂价格跌破每吨20万元后，就有不少企业表示已经跌破了成本价。既然如此，为什么行业当前还能维持这么高的产量？谢文坚说，这是因为碳酸锂的成本也在下行，原因一方面是技术在进步，另一方面是锂矿石的价格也在下降。 谢文坚预计，在多重因素作用下，明年碳酸锂价格甚至可能下探到每吨5万元左右。“做碳酸锂成本最高的就是云母，然后是锂辉石，再就是盐湖。只有等高成本的企业撑不下去了退出之后，才能出现有力的反弹。”
来源：央广网
