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固态电池技术路径及主要玩家
固态电池发展简介 固态电池具有高安全性、高比能量密度优势，是锂离子电池的下一代升级产品，目前国内外都在竞相开发；2020年我国国务院发布的《新能源汽车产业发展规划 （2021—2035年）》首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程；2022年下半年，我国工信部、科技部、能源局等多部门联合发布《关于推动新能源电子产业发展的指导意见》，提出加快研发固态电池储能技术，加强固态电池标准体系研究工作，强化应用领域的支持和引导，奠定了固态电池在现代产业中的定位。欧洲和美国分别提出了《固态电池技术路线图2035+》以及《锂电池2021-2030国家蓝图》，明确提出了大力发展固态电池，并逐步提升固态电池的能量密度。 近年来，下游应用领域的不断革新对锂电池行业提出了愈来愈高的要求，电池技术也由此不断进步，向更高的比能量与安全性进发，大大促进了固态电池技术发展，新能源汽车以及高比能储能领域是固态电池的主要需求领域。随着新能源汽车产业化进程加速，以及在储能领域政策的密集出台和“碳中和”目标的驱动下，动力电池与储能电池将是两个万亿级的蓝海市场，在未来几年市场需求量将会迅速提升。中国已经成为全球最大锂离子电池供应商，全球市场份额稳定在 70%以上，固态锂电池将会逐步取代液态锂电池成为市场主角。 德国、法国、美国、加拿大是欧美固态电池领域的领先国家，奔驰、宝马、大众、福特等老牌车企通过投资的方式与新兴固态电池厂商联合开发固态电池及产业化装车。现阶段我国固态电池领域的主要参与者为锂离子动力电池企业，包括台湾辉能科技、清陶新能源、卫蓝新能源发展以无机锂镧锆氧电解质为主的固态电池，赣锋锂业以无机锂镧锆氧和无机硫化物为主的固态电池；东驰科技以聚合物固态电解质为主的聚合物固态电池。 固态电池界面为固-固接触，离子电导率低、界面稳定性差，存在循环、快充等技术性难题，商业化进程步履缓慢。此外，全固态电池对生产工艺、成本和质量控制也提出了更严苛的要求，生产设备替换率大，全固态电池成本明显高于现有液态电池。固态技术集成难度高、开发难度大，技术能力要求较高。因此目前产业化需要与液态锂离子电池体系与工艺相结合，推出半固态锂电池更适宜当前产业化，逐渐向准固态、全固态锂电池发展。固态电池的应用，从短期到中期，即到2025年前后，主要应用集中在聚合物固态电池与无机锂镧锆氧等半固态锂电池，预计到2027年准固态电池开始产业化，应用领域为无人机领域、储能领域、新能源车动力领域等，全固态锂电池需要2030年后大规模产业化。为什么全固态电池是确定的行业趋势 高安全性：液态电池的安全性问题一直被大家所诟病，在高温或是剧烈冲击情况下电解液极易燃烧，大电流下还会出现锂枝晶刺破薄膜导致短路，有时高温下电解液还会发生副反应或分解。液态电解质的热稳定性只能保持到100°C，而氧化物固态电解质可达到800°C，硫化物和卤化物也可达到400°C。固态氧化稳定性也高于液态，并且由于固态形态，抗冲击能力远高于液态。安全第一，固态电池对安全性需求的满足是具有绝对确定性的。 高能量密度：目前固态电池还没有实现超过液态电池的能量密度，但理论上讲固态电池可以做到很高的能量密度。因为固态电池不需要像液态电池那样要把液体包裹起来防止漏电，而是可以像砖头一样叠起来串联，这样就省了很多的外壳、包裹膜、散热材料等等，质量能量密度和体积能量密度都可以大大提升，并且单体模组层面同时提升。这个也是确定的。 高功率：液态电池中锂离子是运载传导，而固态电池中锂离子是跳跃传导，速度更快，充放电速率更高。快充始终是液态电池技术上一个难点，因为充电速度太快就会析锂，而全固态中这个问题完全不存在。这个在技术层面同样很确定。 低温性能：液态电池一般工作稳定在-10°C到45°C，到了北方冬天续航里程就严重下降；而固态电解质工作温度在-30°C到100°C，除了极寒地区一般续航不会有什么缩减，也不需要复杂的热管理系统。这个也是确定的。 长寿命：液态电池中，三元电池寿命平均为500-1000次循环，磷酸铁锂寿命可达到2000次；而全固态电池寿命则完全是上一个量级：薄膜全固态未来可达45000次循环，实验室阶段5C寿命已可达到10000次。在同能量密度生产成本能够趋同的情况下，固态电池的性价比无与伦比。这个也是确定的。 可以做到多性能同时提升：固态电池的不同特性可以同时被满足，而液态的不同性能指标之间是像跷跷板一样，按下葫芦浮起瓢。比如液态的倍率性能提升会降低循环寿命，而全固态电池倍率和循环可以同时提升。实验室全固态1C循环1000次，5C反而循环10000次。这个还需要在量产阶段再次验证，有一定确定性。 以上都是液态电池相形见绌甚至理论上无法达到的状态，都是具有确定性的优势，所以未来全固态电池是确定的行业趋势。四大技术路线的对比，哪些是确定的，哪些是不确定的？ 从固态电解质的材料类型可分为四类：氧化物、硫化物、聚合物、卤化物。这四类电解质各自有不同的物理和化学特性，决定了研发、生产以及产业化的难度和未来市场地位。 （一）氧化物电解质： 优势：离子电导率居中，有最好的电化学稳定性、力学稳定性及热稳定性，可适配高电压正极材料、可适配金属锂负极；电子传导性和离子选择性优异；同时设备沿用程度和制造成本也有很大优势。综合能力最为全面。 劣势：还原稳定性略低，易碎、可能产生裂纹。 氧化物电解质：机械强度高、热稳定性和空气稳定性好、电化学窗口宽。氧化物电解质可以分为晶态和非晶态，常见的晶态氧化物电解质有钙钛矿型、LISICON型、NASICON型和石榴石型。氧化物电解质耐受高电压，分解温度高，机械强度好，但是室温离子电导率较低（＜10-4 S/cm），和正负极固固界面接触差，且通常厚度较厚（＞200μm），大大降低电池的体积能量密度。通过元素掺杂、晶界改性，氧化物电解质的室温电导率可以提高至10-3 S/cm量级。控制晶体体积和增加聚合物涂层可以改善氧化物电解质与正负极的界面接触。通过溶液/浆料涂覆法可制成超薄固态电解质膜。 电池制备工艺不同于现有液态电池。以德国RWTH PEM制备工艺为例，1）分别将正极材料和电解质材料加入球磨机中研磨；2）使用高频溅射法，将固态电解质溅射到正极材料表面；3）将复合好的正极-电解质材料进行高温烧结；4）通过电子束蒸发法将负极分布到电解质材料上。该方法挑战之一在于电子束蒸镀法耗时较长且负载的金属锂负极易剥落。 （二）硫化物电解质： 优势：离子电导率最高、晶界电阻小、延展性较好，离子选择性很好； 劣势：化学稳定性差，会与锂金属发生反应、易与潮湿空气发生反应；成本较高，机械性能差；目前生产还需要在手套箱里进行，难以规模化量产； 硫化物电解质：室温电导率高，延展性好，可以通过掺杂、包覆提高稳定性。硫化物电解质目前主要有玻璃、玻璃陶瓷和晶体三种形态。硫化物电解质室温电导率高，可以做到接近液态电解质（10-4-10-2 S/cm），且硬度适中、界面物理接触好、机械性能良好，是固态电池重要的备选材料。但是，硫化物电解质的电化学窗口窄，与正负极的界面稳定性较差，且对水分非常敏感，与空气中的微量水即可发生反应，释放有毒的硫化氢气体，生产、运输、加工对环境要求很高。掺杂、包覆等改性手段可以稳定硫化物和正负极界面，使其适配于各类正负极材料，乃至应用在锂硫电池中。 电池制备对环境要求高。硫化物电解质电导率较高且较为柔软，可以采用涂布法生产，其生产工艺与现有的液态电池生产工艺没有很大的差异，但为了改善电池的界面接触，通常需要在涂布后进行多次热压以及添加缓冲层来改善界面接触。硫化物电解质对于水分非常敏感，与空气中的微量水也会发生反应生成有毒气体硫化氢，所以对电池制造的环境要求很高。 （三） 聚合物电解质： 优势：安全性好、具备良好的柔韧性和界面接触性、易成膜； 劣势：室温下离子电导率很低，热稳定性差； 柔韧性好易加工，可通过交联、共混、接枝、添加增塑剂来提高电导率。聚合物电解质主要采用的聚合物基底有PEO、PAN、PVDF、PA、PEC、PPC等，主要采用的锂盐有LiPF6、LiFSI、LiTFSI等。聚合物电解质制备简单，柔韧性好，加工性强，可用于柔性电子产品或非常规形状的电池，与正负极物理接触好，且工艺和现有的锂电池比较接近，易通过现有设备的改造实现在电池中的量产使用。但是聚合物电解质的室温离子电导率普遍很低（＜10-6 S/cm），最常见的PEO基聚合物电解质还存在氧化稳定性差，只能用于LFP正极的问题。通过多种聚合物交联、共混、接枝，或添加少量增塑剂可以提高聚合物电解质的室温电导率，原位固化可以将聚合物电解质与正负极的物理接触提升到液态电池的水平，非对称电解质的设计可以扩宽聚合物电解质的电化学窗口。 电池制造工艺发展较早，较为成熟。聚合物电解质层可通过干法或湿法制备，电芯组装通过电极和电解质间的卷对卷复合实现，干法和湿法都非常成熟，易于制造大电芯，与现有的液态电池的制备方式最为接近。1993年美国Bellcore就最先宣布了采用PVDF凝胶电解质制造成的聚合物电池，并于1996年公布了完整的聚合物电池的规模化生产技术。 （四）卤化物电解质： 优势：电子阻力很低，离子选择性高，还原稳定性很高，不易开裂； 劣势：目前还在实验室阶段，化学稳定性、氧化稳定性都很差，离子阻力很高； 由于卤化物和聚合物严重偏科，所以未来全球固态电池的竞争会主要集中在氧化物和硫化物之间。其实硫化物电解质也偏科，由于其化学稳定性差，所以可以选择的材料类型很窄，但只要找到合适材料和工艺突破，这一缺陷是可以被弥补的。但从产业化角度看，复杂的工艺会导致更高的成本和形成规模化天花板，所以氧化物是目前固态电池发展的主流。 从液态到固态电池中间会经历半固态电池的阶段，这个阶段最适用的是氧化物路径，就是因为不偏科和成本优势的原因，可以使半固态电池更快速的替代目前的液态电池，以逐步发挥固态电池的优势和性价比，这一点是确定的。但随着技术进步，未来到底是氧化物还是硫化物的天下则未可知。赌短期的液态、中期的氧化物还是长期的氧化物或硫化物，不确定性出现了。 固态电池技术的核心是固态电解质的研发。当前的固态电解质材料虽然已经取得了较大的进展，但仍存在导电性能差、界面电阻大、制备成本高等问题，需要继续进行基础研究和技术突破，以提高固态电解质的导电性和稳定性。固态电池产业化的挑战 （一）界面相容性： 固态电池界面为固-固接触，电导率往往受到电极与电解质界面处高接触电阻的阻碍。电极和电解质物理接触很难做到理想的严丝合缝，制造中会产生空穴，使用中也会产生机械应力；正极和电解质会因电位差形成空间电荷层；电极和电解质之间会发生化学反应，形成CEI/SEI等物质，效果就相当于一堵墙阻碍离子通过。界面问题应该是固态电池最难解决的技术障碍了。目前有些技术如溶胶凝胶、喷涂等可以略微改善，但仍需要更牛逼的技术或方法解决这个难题。 (二）电荷传输速率： 固态电池都是高面载，做成隔膜或复合电极的电荷传输速度异常缓慢； (三）生产规模化： 有些技术路线还需要复杂人工参与，如硫化物路线，手套箱是必备，一人一个手套箱捏电池，这个效率想想也知道多低； (四）电极体积膨胀： 固态电池还有个bug，充放电过程中电极会极大膨胀，容易开裂。目前是从优化电极材料和粘结剂方面改善。有人说负极材料用锂硅合金，有人说用铝，有人说加点硅碳。到底什么材料最管用，这是目前不确定的。 (五）各类稳定性问题： 如上所诉，四类技术路径都有各种各样的稳定性问题，氧化物还原稳定性偏差，容易开裂；硫化物化学稳定性差，少有不慎可能爆炸；聚合物不能耐高温；卤化物则在稳定性上全面溃败。综合看来氧化物的稳定性后果最轻，也可以解决。 （六）整个产业链需要从头再来，既得利益者可能成为最大阻碍： 目前我们以液态电池为基础已经建立起了庞大的闭环产业链，从最上游原材料的供应，到正负极、电解液材料的制备，再到电芯制造、PACK集成，下游应用，最后到电池回收，中国的液态电池产业链规模已经成为全球最大。 固态电池对于全周期的产业链以及产业链中的企业、投资方、从业者、相关地方政府都会造成巨大冲击，其挑战不言而喻。上述这些挑战不仅包括技术瓶颈，也包括商业方面的考量和冲突，需要社会各界的统一认知和协力推动。 随着固态电池技术的不断推进，其商业应用也逐渐扩大。目前，国内外多家企业已经开始投入固态电池的研发和产业化，如LG化学、三星SDI、宁德时代等，这些企业将成为固态电池产业化推广的重要力量。同时，政府也应该加大对固态电池产业的支持和引导，加速其市场化进程。 固态电池技术的发展需要跨学科的协同创新。除了材料科学、化学工程等传统领域外，还需要与计算机科学、人工智能等前沿科技相结合，推动固态电池技术的创新和应用。固态行业主要玩家 （一）美国 Solid Power：硫化物电解质和电池厂商，已经向BMW交付了60Ah样品，BMW计划24年装车测试；获得Skon电解质订单，在韩国合作建厂；第二代产品已有30吨产能，第三代产品在选址建厂； Quantum Scape：氧化物固态电池厂商，最近传出他们在大众集团旗下子公司PowerCo的测试结果非常给力，1000 多次充放循环后仍然保持了超过 95% 的原始容量，按照 WLTP 标准的续航里程可以达到 500-600 公里，而实际驾驶中，行驶 50 万公里几乎不会出现明显的续航衰减。 （二）日本 丰田：2012年就开始布局硫化物固态电池，老玩家了，拥有的专利1400多项，碾压其他玩家。最近又传出了一个吊炸天的消息，已经研发出充电10分钟续航1500公里的固态电池。但成本、量产可能和其他技术指标都还不清晰。 本田：硫化物路线，除了宣布了投资430亿日元建设全固态电池示范线，好像没什么更多的研发进展的消息； 日产：硫化物路线，给自己立了一个flag，24年启动试点工厂，28年量产上市，可谓信心十足。比较疑惑他们打算怎么解决硫化物量产问题，以及容易爆炸的问题的。 （三）韩国 三星SDI：硫化物路线，也立了一个flag，27年前推出900WH/KG的全固态电池，可谓野心勃勃，打算借助固态电池弯道超车宁德时代； LG：聚合物路线，打算26年聚合物半固态电池产业化，28年量产聚合物全固态电池，30年量产硫化物全固态电池。 SK：Sk-on和Solid Power合作了，小腿抱大腿确实也是一种很好的竞争策略； （四）中国 宁德时代：很早布局硫化物固态电池，计划30年商品化，但近几年对这个方向有点销声匿迹，转而大肆宣传凝聚态电池。这种电池是把氧化物、聚合物和电解液混在一起变成果冻状的电池，能量密度可达到500WH/KG。也许是固态电池新的方向； 比亚迪：2016年就将固态电池确定为未来发展方向，主要是硫化物电池路径，传言过几年可上车，消息真假未知； 清陶能源：23年8月第一代固态电池已完成装车试验，单体能量密度达368Wh/kg，测试车辆最大续航里程达到1083公里，充电10分钟续航增加400公里，成本与三元电池相当。计划2024年800V超级快充固态电池量产上市，25年降本10-30%，27年再降40%； 卫蓝能源：氧化物固态和半固态电池厂商，2026年计划产能20GWh，深度绑定蔚来汽车，一荣俱荣一损俱损。 太蓝新能：氧化物路线，从全固态向半固态研发，独有极片复合技术可做到成本理论最低，24年半固态电池量产，并发布全固态产品，25年全固态量产，打造最具有性价比的半固态和全固态电池； 辉能科技：氧化物锂陶瓷路线，台湾省企业。最近开设了全球首家千兆级固态锂陶瓷厂，计划27年在法国大规模量产汽车固态电池； 赣锋锂业：氧化物路线，主打半固态。和德国大众、东风汽车、广汽埃安、长安汽车等都有研发合作。 东驰科技：完成了聚合物固态电解质及固态电池开发，与一汽合作开发下一代纯电动车。 固态电池技术不仅可以应用于传统电池领域，还有广阔的应用前景。例如，在新能源汽车、储能系统、无线充电设备等领域都具有重要的应用价值。未来，固态电池技术将逐渐取代传统液态电池，成为电池行业的主流技术。 总体而言，固态电池技术在未来的发展中面临着巨大的机遇和挑战。只有通过技术突破、产业化推广、协同创新以及应用拓展等多方面的努力，才能实现固态电池技术在电池行业的全面领先，并推动其在未来经济社会的可持续发展中发挥更加重要的作用。
来源：固态电池SSB
首部储能用锂电池安全强制性国标《电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求》即将发布
我国首部储能用锂电池安全强制性国家标准《电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求》（20214450-Q-339）正式下达，目前该标准经过多轮讨论、征求意见和审查，已提交报批即将发布。 由于正式稿还未公开公布，我们从征求意见稿（以下简称“文件”）出发进行分析。 适用范围：文件适用于风光配储、家庭储能、并/离网大容量储能等电能存储系统用锂蓄电池和电池组（额定能量通常在100kWh以上）。重点内容提炼如下： 锂蓄电池和电池组导致的危险包括：漏液、起火、爆炸、过热及电击。 文件主要从电池电安全、环境安全、电池组系统电安全3个方面进行规定，在特定外部刺激下电池/电池组系统需要做到不起火、不爆炸、不漏液。 电池电安全试验：高温外部短路、过充电、强制放电 电池充满电后，达到57℃±4℃后放置30min，电池温度下降值达到峰值温升的80%或短接时间达到6h后，观察1h，电池应不起火、不爆炸。 用制造商规定的最大充电电流充电，当充电至1.5倍的充电上限电压后持续恒压充电1h或总充电时间达到1.5h时，电池应不起火、不爆炸。 环境安全试验：低气压、温度循环、震动、加速度冲击、重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落 电池按试验要求充满电后进行环境安全试验，在一定低气压、温度循环、震动、加速度冲击下，电池需不起火、不爆炸、不漏液。 在重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落等一定情况下，电池需不起火、不爆炸。 电池组系统电安全试验：过压充电控制、欠压放电控制、过流充电控制、短路保护、反向连接保护、过热控制 用推荐最大充电电流充电，充电电压设置为超过充电上限电压的1.1倍，3次测试，数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。样品在测试过程中能正常工作，BMU/BMS应在电池超过充电上限电压前终止充电，电池组/系统不起火，不爆炸。 漏液：可见的液体电解质的漏出 起火：从电池、模块、电池包或电池组系统发出的持续时间大于1s的火焰 爆炸：电池或电池组的外壳剧烈破裂并且固体组件抛射出来产生的失效现象 热失控：由放热反应引起的电池发生不可控温升的现象 电池电安全 高温外部短路/过充电/强制放电时 不起火、不爆炸 高温外部短路 电池充满电后，放置在57℃±4℃的环境中，待电池达到57℃±4℃后放置30min，然后用导线连接电池正负极端，并确保全部外部电阻不高于5mΩ。当a）电池温度下降值达到峰值温升的80%或b）短接时间达到6h后（有争议时选较严者），观察1h，电池应不起火、不爆炸。 过充电 将电池充满电后，用制造商规定的最大充电电流充电。当充电至1.5倍的充电上限电压后持续恒压充电1h或总充电时间达到1.5h时，电池应不起火、不爆炸。 强制放电 将电池按照4.5.2规定的试验方法放完电后，以1ItA的电流进行反向充电至负的充电上限电压（－Uup），反向充电时间共计90min。 如果在反向充电90min内，电压达到负的充电上限电压（－Uup），应当通过减小电流保持该电压继续进行反向充电，反向充电共计90min后终止试验，如图2情况1所示。 如果在反向充电90min内，电压未达到负的充电上限电压（－Uup），则反向充电共计90min后终止试验，如图2情况2所示。电池应不起火、不爆炸。 电池环境安全 震动/加速度冲击/挤压/针刺/跌落时 不起火、不爆炸 电池按试验要求充满电后进行环境安全试验，包括低气压、温度循环、震动、加速度冲击、重物冲击、挤压、针刺、热滥用、跌落等，在规定条件下电池需不起火、不爆炸、不漏液。 低气压 将电池充满电后，将电池放置于20℃±5℃的真空箱中，抽真空将箱内压强降低至11.6kPa，并保持6h。电池应不起火、不爆炸、不漏液。 温度循环 将电池充满电后，将电池放置于20℃±5℃的可控温的箱体中，重复以下两个步骤，共循环10次，电池应不起火、不爆炸、不漏液。 a）将实验箱温度升为72℃±2℃，并保持6h，温度转换时间不大于30min； b）然后将实验箱温度降为-40℃±2℃，并保持6h，温度转换时间不大于30min； 对于大型电池，暴露于极端试验温度的时间至少应为12h。 震动 将电池充满电后，将样品紧固在振动试验台上，进行正弦振动测试，每个方向进行12个循环，每个方向循环时间共计3h的振动。圆柱型电池按照其轴向和径向两个方向进行振动试验，方型电池和软包装电池按照三个相互垂直的方向进行振动试验。电池应不起火、不爆炸、不漏液。 加速度冲击 电池充满电后，固定在冲击台上，进行半正弦脉冲冲击实验，峰值加速度为150gn±25gn，脉冲持续时间为6ms±1ms。大型电池应经受峰值加速度50gn±8gn、脉冲持续时间11ms±2ms的半正波冲击。电池每个方向进行三次加速度冲击试验，接着在反方向进行三次加速度冲击试验。电池应不起火、不爆炸、不漏液。 重物冲击 将电池按规定充满电，静置10min，再按照规定的试验方法放出额定容量的50%后，将电池置于平台表面，将直径为15.8mm+0.1mm的金属棒横置在电池几何中心上表面，采用重量为9.1kg+0.1kg的重物从610 mm+25mm的高处自由落体状态撞击放有金属棒的样品表面，重物冲击试验中圆柱型电池和方型电池电池放置示意图如图4所示，软包装电池参考方型电池。并观察6 h。电池应不起火、不爆炸。 挤压 将电池按规定方法充满电后，将电池置于两个平面内，垂直于极板方向进行挤压，两平板间施加13.0kN±0.78kN的挤压力，挤压电池的速度为0.1mm/s。一旦压力达到最大值或电池的电压下降三分之一，即可停止挤压试验。试验过程中电池应防止发生外部短路。挤压平面板尺寸应能覆盖样品的被挤平面。试验后观察1h。电池应不起火、不爆炸。 针刺 将电池按规定的方法充满电后，用8mm的耐高温钢针（如钨钢，针尖的圆锥角为45°）、以1mm/s的速度，从垂直于电池极板的方向贯穿，贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心，钢针停留在电池中，观察1h。电池应不起火、不爆炸。 热滥用 将电池按规定的方法充满电后，将电池放入试验箱中。试验箱试验环境温度以（5±2）℃/min的温升速率进行升温，当箱内温度达到（130±2）℃后恒温，并持续1h。电池应不起火、不爆炸。 跌落 按下表方式进行跌落测试，试验后观察1h。样品应不起火、不爆炸。 电池组/电池组系统电安全 过压充电/欠压放电/过流充电/过热控制 不起火、不爆炸 电池组系统电安全试验项目包括过压充电控制、欠压放电控制、过流充电控制、短路保护、反向连接保护、过热控制。 过压充电控制 将样品按照规定的试验方法放完电后，用推荐最大充电电流充电，充电电压设置为超过充电上限电压的1.1倍。充电至BMU/BMS终止充电。将样品进行3次测试。 数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS在电池超过充电上限电压前终止充电，不起火，不爆炸。试验过程中保护系统符合保护策略发生不可恢复性的断路也可判定为合格。 欠压放电控制 将样品按规定的试验方法充满电后，以0.2ItA放电至额定容量的30%。然后以规定的最大放电电流进行放电。BMU/BMS在电池放电至放电截止电压前终止放电。进行3次测试。 数据采集/监视设备应在放电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS应采取动作切断放电电流。不起火，不爆炸。 过流充电控制 将样品按照规定的试验方法放完电后，用超过最大充电电流20%的电流进行充电。将样品进行3次测试。数据采集/监视设备应在充电结束后保持1h。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。BMU/BMS应发现过流充电并将充电电流控制在最大充电电流以下(包括切断充放电回路）。不起火，不爆炸。 短路保护 将样品按定的试验方法充满电。样品放置在室温下，直至样品温度稳定在25℃±5℃。短路样品的正负极端子，外部短路电阻为（30mΩ±10mΩ）×模块结构系数（电池串联数/电池并联数），或不大于5mΩ，取较高值。并确保全部外部电阻不高于100mΩ。试验过程中监测电池温度变化，当出现以下两种情形之一时，试验终止: a）外壳温度下降值达到峰值温升的80%； b）短接时间达到6h。 不破裂、不起火、不爆炸。当有争议时，a）和b）选较严者。 反向连接保护 将样品按规定的试验方法充满电后，以0.2ItA放电至由电池组系统制造商规定的运输或维护的荷电状态。如有可能，切断BMS和电池组系统的主电源。反接电池组系统的中一个样品，电池组系统中的其他样品保持正确的极性。打开BMS和电池组系统的主电源。以制造商规定的条件对电池组系统进行充电，直至充满或保护功能停止充电。电池组系统应放置1h。如果电池组系统可以进行放电，以制造商规定的最大放电电流进行放电，直至电池组系统终止放电。电池组系统应放置1h。如果电池组系统无法进行放电，则放置1h，而不进行放电。不破裂，不起火，不爆炸。 过热控制 将样品按规定的试验方法放完电后，然后将样品按照推荐的电流充电至额定容量的50%。使样品的温度上升至比最大工作温度高5℃，在此高温下继续充电至BMS终止充电。数据采集/监视设备应在试验结束后保持1 h（如BMS终止充电）。 BMU/BMS应发现过高温度并终止充电。试验样品的各项功能在测试过程中应能完全按照设计正常工作。
来源：储能与电力市场
《电力储能用锂离子电池退役技术要求》正式发布
近日，国标GB/T 43540—2023《电力储能用锂离子电池退役技术要求》正式发布，将于2024年7月1日实施。 文件规定了电力储能用锂离子电池的外观、安全性、电性能和经济性等退役技术要求，描述了相应的退役判定方法。 锂离子电池无法满足运行技术指标或安全要求，改造成本或检修维护技术经济性不合理时，应进行退役处理。 锂离子电池/模块/在出现明显变形、开裂，漏液、泄压阀破损，击穿或闪络痕迹影响使用，电气连接出现破损、腐蚀、松动、脱落等外观缺陷且无法修复时应进行退役处理。 锂离子电池在发生安全事件、存在安全隐患、绝缘性能不足、释放烟雾或可燃气体、耐压性能不足、达到设计使用寿命，性能不能满足安全要求时应进行退役处理。 锂离子电池充放电能量或者能量效率不能满足电站预期使用需求，经评价存在电站不具备扩容空间，扩容后仍不能满足电站预期使用需求或电池扩容成本大于预期收益等情形之一的，应进行退役处理。 应根据储能电池的退役要求和运维，检修资料反映出的设备状态，对电池的外观、安全性、电性能、经济性等进行综合判定。 起草单位：国网河南省电力公司、国网湖南省电力有限公司电力科学研究院,国网江苏省电力有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、中创新航科技集团股份有限公司、中国电力科学研究院有限公司、国网甘肃省电力公司电力科学研究院、深圳供电局有限公司、山东科技大学、蜂巢能源科技股份有限公司、江苏中天科技股份有限公司。 具体退役技术要求如下。外观变形/开裂/漏液/泄压阀破损 锂离子电池单体，模块，电池簇出现明显变形、开裂，漏液、泄压阀破损，击穿或闪络痕迹等影响使用的外观缺陷时，应进行退役处理。 锂离子电池单体、模块、电池簇的电气连接出现破损、腐蚀、松动、脱落等外观缺陷且无法修复时，应进行退役处理。安全性发生安全事件/存在安全隐患/绝缘性能不足 锂离子电池在发生安全事件、存在安全隐患、绝缘性能过小、释放烟雾或可燃气体、耐压性能不足、达到设计使用寿命时应进行退役处理。 安全事件 锂离子电池出现热失控或者热扩散时，发生膨胀、漏液、漏气、起火，爆炸、击穿或闪络等现象时，应进行退役处理。 锂离子电池在调试，检修、运维过程中误操作造成过充、过放、过载，外短路等安全事件，经评价安全性不满足要求时，应进行退役处理。 锂离子电池发生跌落、倾倒，挤压，被灭火介质误喷淋等可能影响运行安全的事件后，经评价安全性不满足要求时，应进行退役处理。 安全隐患 锂离子电池管理系统频繁出现电压、电压极差、电流、温度、温度极差、绝缘电阻、簇间环流等电池状态量报警信息，经维护或者检修后仍无法修复，应进行退役处理。 锂离子电池经状态评价存在能量异常加速衰减等劣化趋势，应进行退役处理。 同一批次锂离子电池在其他储能电站出现召回或家族缺陷，根据召回原因或家族缺陷的影响范围确认电池存在安全隐患，应进行退役处理。 （注：家族缺陷为锂离子电池生产制造过程中由于设计、材料、工艺等共性因素导致的缺陷。） 绝缘性能 锂离子电池模块、电池簇正极与外部裸露可导电部分之间，或者电池模块，电池簇负极与外部裸露可导电部分之间的绝缘电阻与标称电压的比值小于1000Ω/V，且无法修复，应进行退役处理。 可燃气体和烟雾 锂离子电池释放了烟雾或者可燃气体，应对相应电池进行退役处理。 耐压性能 电池模块，电池簇正极与外部裸露可导电部分之间，或者电池模块，电池簇负极与外部裸露可导电部分之间应按照GB/T 36276的规定施加相应的电压，发生击穿或者闪络现象、直流耐压漏电流大于10mA，且无法修复，应进行退役处理。 使用寿命 锂离子电池达到电池设计使用寿命，且经检测评估其外观、电池状态、绝缘、耐压等性能不能满足安全要求时，应进行退役处理。电性能不足结合经济性评价确定 锂离子电池充放电能量或者能量效率不能满足电站预期使用需求（锂离子电池充放电能量小于额定值时，能量效率低于电站设计值时），经评价存在电站不具备扩容空间，扩容后仍不能满足电站预期使用需求或电池扩容成本大于预期收益等情形之一的，应进行退役处理。 锂离子电池维护、检修、更换成本严重影响预期收益时，应进行退役处理。
来源：储能与电力市场
东北大学科研团队钠离子电池负极领域研究取得重要进展
近日，东北大学谢宏伟团队在国际知名期刊ACS Energy Letters上刊发文章，合成出一种纳米石墨片作为储钠负极材料，为高倍率、长循环的钠离子电池（SIBs）负极开发提供了一种新的设计思路，为钠离子电池在大规模储能领域的实际应用创造了机会。 据介绍，受益于低成本、丰富、全球分布的钠资源，钠离子电池（SIBs）被认为在大规模电化学储能领域具有广阔的前景。但受限于大尺寸的钠离子重复嵌入/脱嵌对电极结构的破坏严重，其应用受到了限制。 该研究通过适当的结构设计，使用四氯化碳和碳化钙为原料，通过低温、短流程手段合成了厚度30-120nm，宽度几微米的纳米石墨片（GSs），在醚类电解液中通过钠离子与溶剂分子“共嵌入”或“共吸附”的形式实现钠的快速存储。经热处理后得到的GSsH500表现出稳定的超长循环性能（40000个循环），超快的倍率性能（20Ag-1下仅需23s）和优异的库伦效率（99.95%）。研究为设计用于电网大规模储能的高容量、超长寿命SIBs的负极材料提供了新亮点。
来源：韩远飞
众多项目终止，锂电产业“路在何方”？
“去库存”成为2023年锂电产业链的关键词。 在此前的两年间，锂电赛道内热钱涌动，新项目投建马不停蹄，各环节产能迅速释放。 到了2023年，受新能源车补贴退坡的影响，终端市场需求开始放缓、订单不及预期，业内整体产能利用率偏低。 在供需错配叠加碳酸锂价格持续下跌的大环境下，电池厂商率先进入到清库存状态，并迅速传导至整个锂电产业链。 当增量市场逐渐转变为存量市场，产业内开始积极寻求破内卷途径。一方面，企业对待扩产的态度愈发谨慎，扩产项目在数量及产能上朝着“小而精”转变； 另一方面，多家企业选择“断尾求生”，诸多项目开始出现转产、停产甚至终止的情况。 高工锂电观察到，锂电终止项目多数集中在材料端。而在周期生存战打响的2024年，锂电材料企业或面临着更严峻的挑战。终止项目“扎堆”材料端 新周期下，各环节锂电企业“壮士断腕”、优化调整业务屡见不鲜，如珠海冠宇曾发布公告拟终止募资投建项目“重庆锂电池电芯封装生产线项目”。 而锂电材料端更是扎堆出现项目终止的情况，范围覆盖了锂矿、原材料及四大主材等各方面。 锂矿方面，天齐锂业、中矿资源、协鑫能科等企业在2023年相继公告终止收购海外锂矿项目； 原材料方面，2023年6月，协鑫能科发布公告，对发行可转债方案募集资金的金额进行了调整，从不超过45亿元调整为26.49亿元，并删除了“年产3万吨电池级碳酸锂项目”； 正极材料方面，2023年7月，百合花公告取消了此前计划的“年产4万吨电池级磷酸铁锂项目”及“年产3000吨电池级碳酸锂项目”； 寒锐钴业在12月终止了“6万金属吨镍高压浸出项目”以及“26000吨/年三元前驱体项目”两个锂电项目； 云天化则终止了用于投建20万吨/年磷酸铁电池新材料前驱体项目等项目的50亿元定增事项； 负极材料方面，2023年8月，中元股份拟终止向洛阳正浩定增募资不超7.72亿元。此前，中元股份曾公告，拟募集资金总额用于年产20万吨高性能锂离子电池负极材料一体化建设项目； 电解液方面，除了龙头企业发布了项目终止建设的公告外，多氟多公将原计划募资44亿元的“年产10万吨锂离子电池电解液关键材料项目”缩减至仅募资15亿元。 此外，材料端作为前两年跨界企业切入锂电赛道的重点领域，2023年多家企业则选择结束相关布局。 如明冠新材称公司彻底剥离锂电正极材料业务，日播时尚、*ST园城也公告宣布终止跨界锂电的计划。多家企业利润由盈转亏 众多锂电材料项目终止的“背后”，都无法绕开行业内产能过剩的话题。在锂电终止项目集中的正极材料和电解液领域，产能过剩的现象尤为明显。 由于过去两年“一哄而上”产能建设带来的压力，2023年正极材料产能利用率维持在40%左右。 其中，截止2023年底，中国磷酸铁锂产能已达511万吨，产能利用率为45.1%；三元材料产量产能利用率则在40%左右。 电解液方面，相关数据显示，2025年全球企业电解液产能规划超600万吨，对应需求300万吨左右，产能已严重过剩。 开工率方面，材料端整体均维持着低负荷运转。 高工锂电了解到，2023年磷酸铁锂开工率全年维持在50%附近，有的月份甚至不足30%；三元材料开工率为40%左右；电解液开工率则维持在3-4成，负极材料开工率为50%左右。 此外，根据各家企业的公告，项目终止的原因均提及了锂电池主要原材料之一的电池级碳酸锂现货报价下跌的问题。 材料企业一方面要面临下游为避免存货跌价损失、严格管理库存带来的市场需求增速转弱的挑战，另一方面还要承受公司原材料采购成本及产品销售价格均大幅下降的损失。 叠加产能过剩下开工率不稳定的影响，单位生产产本降幅远远赶不上产品整体单位售价降幅，企业盈利能力明显不足。 根据近期材料披露的2023年业绩预告，除了三元前驱体龙头企业中伟股份外，其他材料企业的净利润均出现不同程度的同比下滑，有些企业甚至由盈转亏。 在此背景下，材料企业终止项目、收紧投资步伐或许是明智之举。2024：更多挑战 值得注意的是，去库存或仍为2024年锂电产业的主基调，材料企业将面临愈发严峻的考验。 其一，在下游电池厂极致降本的压力下，材料价格或面临进一步下探。 相关数据显示，近日方形磷酸铁锂动力电芯均价为0.38元/Wh，最低报价为0.33元/Wh，相较于2023年年初的价格已经腰斩。 这将使得电池企业进一步拓展降本空间，向材料端要采购成本则成为不可忽视的一环。 近日弗迪电池在内部通知，当前采购降本空间依旧巨大，2024年将继续加强非生产性物料的管理和控制，降本增效。 此前蜂巢能源董事长兼CEO杨红新在第四届电池日也披露了蜂巢能源2024年的几个核心经营指标，其中就采购成本+技术降本20%。 其二，行业内马太效应加剧，“二八定律”使得中小企业面临生存困境。 2023年以来，锂电行业市场集中度进一步提高。其中，三元正极材料2023年CR10为80%，小幅增长1%，前三家企业的市占率由35%上升至38%； 负极材料行业CR6集中度为78%，月出货超千吨级负极企业不到15家，占据整个行业超80%市场份额。 电解液行业CR4占比达到72.8%，较2022年增加2.4个百分点。 在此趋势下，无论是对目前业内的中小企业还是赛道新进入者，都将面临着激烈的市场争夺战。 其三，技术迭代升级下，企业需要在保证产品高质量的同时做到交付及时。 随着下游电池端的不断创新升级，材料企业也面临着产品迭代加快的行业现状。尤其在产能过剩的大背景下，高端产能、高质量产品成为锂电市场的“硬通货”。 这对材料企业的制造加工能力、规模交付能力都提出了更高挑战。企业如何通过一体化布局等手段，提高产品品质、保证产品一致性是不得不思考的问题。
来源：高工锂电
打造锂电池长时储能新标杆 亿纬Mr旗舰系列全球首发
历经2023年内卷与过剩的阵痛发展期，如何突破长时储能并彻底解决光伏间歇性、波动性难题，上升为储能行业新的关键。 数据显示，到2030年，全球光伏累计装机将达到5436GW，与此同时，全球储能累计装机将达1420GWh。而新型储能中的锂电池储能已占比达95%以上，且以2-4小时为主。但在全球双碳历史命题下，大规模长时储能需求跃出水面。 而现有锂电池技术难以满足长时储能需求，亿纬早在2022年10月发布了CTT超大电池技术，亦是业界最早在锂电池长时储能领域耕耘的厂商之一。 如何突破锂电池长时瓶颈？2024年开年（即1月25日），在“储能大电池，亿纬更可靠”Mr旗舰系列线上发布会上，亿纬储能发布了Mr.Big电芯和Mr.Giant系统两款产品。 Mr.Big电芯容量高达628Ah，采用第三代高速叠片技术，能量效率达到96%；Mr.Giant系统采用标准的20尺柜，能量达到5MWh，系统能效高达95%。 亿纬锂能铁锂电池首席技术官苑丁丁博士介绍，此次发布的Mr旗舰系列基于电化学技术理论，应用集流、3T、14μm隔膜等创新技术，可在一充一放间，让热损耗趋零，产品具备“更高效（Efficient）、更简捷（Simple）、更安全（Safe）”三大优势，可重新定义ESS（energy storage system)，有效满足大规模、长时储能发展需求。 通过自研化学体系、工艺和结构等系列创新，亿纬储能既攻克了大容量电池产热和安全等挑战，又解决了5MWh储能系统的高效、安全等痛点，赋能长时储能应用，实现了更高效、更简捷、更安全的竞争优势。 Mr旗舰系列将相继于今年10月和11月全球量产。相信未来，在以亿纬Mr旗舰系列为首的一系列储能技术创新下，将持续引领全球大储时代。 电池是一个生命体，基于电化学原理从每1%提升能效 据测算，能效提升1%，客户在全生命周期内的运营效益将提升360万元。 以“储能大电池，亿纬更可靠”为目标，亿纬从提升每1%能效出发，总结出了大电池的创新集流关键技术，将带来高能效电池及系统。 事实上，在大电池设计过程中，如何构建无拥堵的电子通路是重要关键，亦是重要的行业难题。 在此难题攻破上，亿纬研发团队受武汉大学杨汉西教授启发，获得了构建无拥堵电子通路的基本想法。 在此基础上，亿纬研发团队葆有科学家钻研精神，经过日夜作战，基于电化学原理，在行业率先创建了电化学集流创新模型，并经过无数次验证、一点点积累突破，在无限次接近中最终形成了亿纬创新集流技术，夺得大容量储能电池研发的第一道“关隘”。 在这个过程中，亿纬研发团队创造了拥有“黄金分割点”位置和尺寸的极耳与极柱，如同打通了电子的“高速公路”。 苑丁丁表示，我们用电化学科学家精神，打破了传统储能电池的“桎梏”，并基于此将打造出全球顶级储能电池。 “电池是一个生命体，我们始终怀抱着敬畏的心，做好每一颗电池。”这是亿纬锂能的企业文化。 集流技术的创新，形成了亿纬储能大电池的第一个革新点，也体现了企业做好每一颗电池的初心。 保障长时电力供应，在每次充放中反向地球修复。 但如何解决大电池的高温产热安全难题？这一直是储能电池走向大容量之后的核心痛点。 事实上，包括清华大学欧阳明高院士等在内的学界均据对“300Ah+”大容量电池散热问题发出了行业警惕。 为了解决大电池体积空间上的温度均匀问题，亿纬发明了3T技术。这也是Mr旗舰系列的核心技术之一。 3T技术的攻克，并不是一帆风顺的。因为大容量电池产热难题，是行业发展过程中的重要瓶颈。 在这个难题攻克过程中，亿纬研发团队也曾历经过迷茫，在不断总结中获得了成功的关键。 据苑丁丁讲述，成功的背后，不得不提一次“偶得”。可以说，突破性技术的灵感来源于《三体》这部科幻经典。《三体》中有一种武器，名为二向箔，它会引发三维空间向二维空间的塌陷。这也给了研发团队一定的心灵震动。 基于这种科幻想象的启发，亿纬创造性地在电池中融入类似“二向箔”装置，让科幻走进现实，将电池充放电过程中三维空间的热扩散引发为二维空间的热传导，从而成功解决了大容量电池的产热难题，提高了电池及系统的能效。 搭载3T技术，Mr.Big电池实现了温差由8℃降低至1.5℃；Mr.Giant系统能量效率高达95%，温度差控制在低于3℃，甚至最高温度可降低5℃。 “在不久的未来，3T技术将成为大电池发展上的核心技术基础。”苑丁丁表示，在锂电池技术的不断突破下，储能的力量可以真正让光迸发强大生命力，跨越白天和夜晚长久提供电力，使每一次充放，实现对地球的修复。 构建“储能大电池，亿纬更可靠”核心内涵，引领全球大储时代。 基于对电池的敬畏，亿纬始终秉承初心，认真对待每一款产品。 相较普遍的314Ah方案，容量高达628Ah的 Mr.Big集成系统后实现了电芯数量减少50%；在pack设计上，采用贯穿式大pack设计，使得焊点、钢带和端板都减少50%；在系统层级，信息采集点和电缆数量都减少了50%。 总体来看，相较市面上的大容量电池及5MWh系统，Mr旗舰系列在系统设计、后期运维、组织架构等方面均实现了较大突破。 而工艺创新一直是亿纬技术创新的核心。比如，在Mr旗舰系列中，亿纬选择的14μm隔膜，厚度远超行业普通水准，也大大提高了电池的安全性能。 苑丁丁表示，这款具备特殊涂层的隔膜技术，具有卓越的热关断效应，当温度达到临界值，涂层颗粒会熔融，隔断隐患。同时，对隔膜进行了双面涂层处理，使得安全加倍。这也构建了“储能大电池，亿纬更可靠”的核心内涵。 基于Mr旗舰系列产品的率先问世与快速量产，亿纬实现了储能电池技术领域的实质性跃迁，将有效促进社会向更清洁、更高效、可持续的储能大时代转变，并进一步引领全球大储时代。
来源：中国储能网
