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超全讲述无机全固态电池的界面和相间
综述背景全固态电池（ASSBs）作为未来安全高能电池的关键技术之一，引起了人们的广泛关注。随着近年来高导电固体电解质的出现，锂离子在电解质内的扩散已不再是瓶颈。然而，许多ASSBs受到库仑效率低、倍率性能差和由于ASSB内界面电阻高而循环寿命短的限制。由于ASSBs中各种固体成分的化学/物理/机械特性以及固-固接触的性质，ASSBs中存在许多类型的界面。这包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应等等，所有这些都会增加界面电阻。因此，对复杂的界面和相间进行透彻和深入的了解对实现实用的高能量ASSBs至关重要。有鉴于此，加州大学圣地亚哥分校孟颖（Ying Shirley Meng）、Abhik Banerjee与Xuefeng Wang等人介绍了ASSBs中典型界面和相间的独特特征，并总结了有关识别、探索、理解和设计它们的最新工作。相关研究成果以“Interfaces and Interphases in All-Solid-State Batteries with Inorganic Solid Electrolytes”为题，发表在国际顶级期刊Chem. Rev.上。全文解读1. ASSBs中的界面与液体电解质（LE）不同，固体电解质（SE）不能流入或渗透到ASSB中的缝隙和孔隙中，从而导致粒子之间的物理接触较差。由于ASSBs中的所有成分都是固体，因此制造ASSBs时需要依次堆叠正极、电解质和负极，从而会形成大量界面（图1）。孔隙：尽管在电池制造过程中可以施加高压（≥370MPa），但电极和电解质仍然保持多孔。这种孔隙率通常在10％至40％的范围内，具体取决于电解质和电极材料的压力和机械性能。孔隙的存在会（i）阻碍锂离子的扩散和电荷转移，导致高的接触电阻，（ii）诱导锂枝晶生长，（iii）增加电池体积，降低ASSBs的体积能量密度。化学反应：如果电极和固体电解质的化学势不匹配，则一旦这两种材料接触，就会发生自发的化学反应，分别在负极侧和正极侧形成固体电解质中间相（SEI）和正极电解质中间相（CEI）。有益的SEI/CEI应该是对锂离子导电但对电子不导电的钝化层，并能够扩展电解质的工作电压窗口。但如果SEI/CEI是离子和电子的混合导体（MIEC），SEI/CEI将继续生长，并恶化ASSB的性能。用相对惰性的材料保护正极/负极已被证明是减轻化学反应的有效方法。电化学反应：大多数SEs的电化学稳定窗口窄，不能在正极和负极材料的全电压范围内工作。如果SEs与电子导电材料（包括正极/正极材料、集流体或导电添加剂）充分接触，则它们会在高压下被氧化或在低压下被还原。将电极材料与匹配的工作电压窗口相耦合并减慢反应动力学是有益的，这可以降低SE的电化学反应性。晶界：如果两个粒子接触并且具有不同的电化学势，则存在晶界。锂离子将从一个粒子转移到另一粒子，在界面处留下锂不足的空间电荷层，这大大抑制了界面处的离子传导。 图1. ASSBs中经历的界面现象示意图2. SEs的电活性界面除了高迁移数、高离子电导率和合适的机械性能外，所需SE的最关键指标是其最高占据分子轨道（HOMO）应当低于正极的费米能级（μc）且最低空分子轨道（LUMO）应高于负极的费米能级（μa）如图2所示。如果正极的费米能级低于SEs的HOMO，则SE会在正极界面发生氧化形成CEI。与此类似，如果负极的费米能级高于SE的LUMO，则SE会在负极界面还原，从而形成SEI。CEI或SEI的存在将增加对界面Li+扩散和电荷转移的阻力。图2. 与典型的μc和μa值相比，不同类别电解质HOMO和LUMO的能带示意图2.1 SEs的电化学稳定窗口在测试SE与正负极材料兼容性之前，获得其准确电化学窗口是必要的先决条件。在测量SE的电导率时，如果使用扁平金属柱塞作为集流体，则与SEs的电子接触不足；因为动力学缓慢，在CV测量中不会看到反应（图3a），这通常会高估产生的SE电化学窗口。如果在柱塞和SE之间使用导电碳，则可以从低得多的电压处开始清楚地观察到SE的分解，即在CV扫描中出现多个氧化/还原峰。通过这种测量方法得到的峰与DFT计算的电化学稳定性的大电位图相匹配（图3c）。由于这种方法可以更准确地说明SE的电化学窗口，因此应广泛应用于各种SE。此外，SEs的起始氧化电位强烈地依赖于SE结构中的阴离子骨架。阴离子的电负性及其电荷密度直接影响SEs的氧化稳定性。SEs的氧化电位遵循氯化物>氧化物>硫化物>氮化物（Li3YCl6>LLZO>LPS>LiPON）的总体趋势，这与电荷密度趋势（N3–>S2–>O2–>Cl–）相符（图3d）。另一方面，SE的还原电势取决于其阳离子骨架，尤其是阳离子可达到的较低氧化态及其热力学还原电势。图3. 不同方法的CV扫描原理图2.2 工作电压窗口的调整如果ASSBs的工作电压超过SEs的电化学稳定窗口，则SE将开始进行氧化/还原分解。在界面处形成的分解产物取决于工作电压和电极材料。当基于硫化物的SE与诸如LiCoO2（LCO）或NMC的高压层状氧化物正极耦合时，在更高的电压下氧化分解变得更加严重，导致在第一个循环中CEI较厚，库伦效率（CE）较低。但当使用TiS2和硫作为正极时，由于工作电压要低得多（不大于2.4 V，即在SE的稳定性窗口内），因此ASSB含硫化物的SEs表现出稳定的性能。因此，适当的电解质筛选和寻找兼容的电极材料对于减轻电解质氧化以实现高能量密度的ASSB至关重要。2.3 SEs分解的动力学控制尽管在第一个循环中SE的分解是不可避免的，但可以调整SE分解的动力学以增强ASSBs的CE。由于SE的电子电导率很差（10–8–10–12 S/cm），因此，高电子电导率的表面会促进SE的分解，例如电极材料和碳添加剂（图4）。正极材料的粒径极大地影响了界面接触和电化学性能。具有较小颗粒复合材料的电子电导率比具有较大颗粒复合材料的电导率高两个或多个数量级，而锂离子电导率保持不变，从而加快了动力学，并提高了正极材料的利用率。此外，研究表明增加正极复合材料中的碳含量会导致正极界面电阻的增加和较低的首效。因此，优化正极复合材料，使用最小的碳量，以减少SE的分解，同时保持正极的高性能是至关重要的。图4. 不同NCM粒径和含碳量对电池性能的影响2.4 SE氧化还原的使用通常，电解质的分解是不可逆的，但也有例外。Tatsumisago等人最近确定了Li3PS4SE的可逆分解，Li3PS4脱锂后，P-S共价键仍然存在，这有助于可逆地改变Li3PS4的电子结构。使用7:3的Li3PS4：碳复合正极，可以延长循环时间并实现185 mAh/g的可逆容量。Meng等人也证实了硫化物基SE LPSCl的可逆分解，显示了LPSCl在0–4 V（vs. Li/Li+）窗口内具有完全可逆性。特别令人感兴趣的是，基于硫化物的SE的可逆动力学位于Li-S电池的工作电压之内。因此，对于全固态Li–S电池，使用基于硫化物的SE是一个独特的优势。3. 正极-SE界面Takada等人报道基于LPS的ASSB的限速步骤是通过正极的电荷转移。较高的正极电荷转移阻抗可能是由于不充分的物理接触，在界面形成或发生的化学反应、电化学反应或空间电荷层。3.1 化学反应化学反应是由正极材料和SE之间的化学势差引起的。当锂离子的电化学扩散同时发生时，这种差异将更加明显。这意味着在电化学循环期间，尤其是在带电状态下，正极材料与SEs之间的化学反应会加剧。通过计算方法分析了具有氧化物正极的硫化物SEs的化学不稳定性（图5）。通常建立具有不同成分混合物的伪二元相图，其中所有元素在界面处均处于平衡状态。相平衡的反应能通过反应产物的形成能与正极和SEs的分解能之间的能差来测量，这在很大程度上取决于组成。值得注意的是，与基于硫化物的SEs相比，基于氧化物的SEs与氧化物正极之间的界面非常稳定。此外，化学反应也通过多种电化学技术进行了验证，如电化学充/放电曲线，阻抗测量和GITT分析。图5. 正极-SE界面化学不稳定性对ASSBs电化学性能的影响事实证明，施加共形和化学惰性的涂层可有效防止正极材料与SE之间的化学反应，减少空间电荷层效应并降低界面电阻。需要注意的是，涂层产生两个新的界面：（i）正极涂层和（ii）SE涂层。适用于ASSBs的涂层必须具备以下特性：相稳定性、化学相容性、电化学稳定性、良好的离子电导率、足够的机械性能。图6. ASSBs有效正极涂层的必要标准3.2 SE的机械性能SE的机械性能对于ASSB的制造和性能至关重要。可变形性是必不可少的方面，因为它直接转化为SE的致密能力。通常，基于氧化物的SE非常坚硬，需要进行高温退火以减少晶界数量。基于玻璃或陶瓷硫化物的SE更具延展性，因此可以通过简单的冷压在RT下进行致密化。从机械和加工的角度来看，这使得它们在与电极材料产生良好的界面方面更具前景。SEs致密化的机理涉及原子和多面体的扩散。快速扩散有助于轻松地合并晶界。对于基于Li2S：P2S5的SE，Li+和PS43–多面体可以沿晶界扩散并填充颗粒之间的空隙。该扩散能力基于SE结构内的键种类和键强度。另一个重要的特性是弹性模量，因为在ASSB中，充放电过程中会发生体积变化。电极在循环过程中反复经历的结构和体积变化会在SE上引起机械应力。如果SE具有很高的杨氏模量，SE不能轻易地适应诱导应力，因此，裂纹可能在界面形成。由于电极与电解质之间的接触面积减小，这些裂纹将导致界面接触电阻增加，这将减慢反应动力学，降低CE并降低倍率性能。通常，基于硫化物SEs的杨氏模量为18-25 GPa（比基于氧化物SEs的160-180GPa低1个数量级）。这可以使SE轻松适应由正极体积变化引起的应力。图7. ASSBs循环后发生的机械变化示意图3.3 SE–S（Li2S）界面由金属锂负极和S正极组成的锂电池被认为是最有前途的下一代电池技术之一，其材料丰富，成本低，环保，可实现高理论比容量(1675 mAh/g)。但是，Li-S电池系统在常规LE中会遭受多硫化物（Li2Sn，n=3-8）的溶解和穿梭，从而导致较低的能源效率和有限的循环寿命。此外，在SEs和金属Li之间形成的钝化界面阻止了SEI的持续形成，而SEI的形成是常规Li-S化学反应中LEs最终耗尽的原因。全固态Li-S电池主要面临着四个主要挑战：（i）动力学较差；（ii）正极容量和利用率低；（iii）正极复合材料的活性负载低；以及（iv）Li金属枝晶的生长。这些问题大多数与S（或Li2S）和SE的界面电荷（离子和电子）转移动力学有关。缓解界面问题的一种有效的方法是利用高能球磨减小S、Li2S和SE的粒径，这将增加S/SE和S/C的接触面积，减小Li的扩散长度，改善界面的电荷转移动力学。3.4 共形界面对于实用的高能量ASSB，ASSB中使用的SE量应尽可能低，因为它们是电化学惰性材料。传统的手动混合不足以在电极和SE颗粒之间实现紧密的共形接触。尽管球磨比混合好得多，但有时会引起材料之间的化学反应。一种实现低SE比例共形正极-SE界面的策略是使用PLD将SE沉积到正极表面上。但是，PLD的成本和真空度要求限制了其在大规模生产中的应用。Jung等人首先将SE溶解在溶剂中，然后添加正极材料，实现了一种将SE涂覆到正极上的溶液工艺。与传统的手工混合正极（12％）相比，涂覆电极的孔隙率更低（7％），溶液涂覆LiCoO2电极的表面覆盖率（81%）比手工混合电极的表面覆盖率（31%）高2.6倍。3.5 复合界面尽管溶液处理后的涂层降低了电极与SE之间的电荷转移电阻，但与LE相比，ASSB的倍率性能仍然受到限制，这主要是由于原子上没有润湿的界面。通过使用其他离子传导性物质，有三种可能的有效策略可减轻此类问题。（1）添加几滴LE是润湿SE-正极界面的一种非常有效的方法，因为LE可以填充所有的间隙，从而更好地在界面间转移离子电荷。（2）聚合物电解质的机械柔韧性不仅有助于用作粘合剂，而且还有助于润湿界面而不会阻碍锂离子的转移，并且可以充当机械缓冲层，以适应电极体积变化引起的应力。（3）在Li金属和LPS之间滴入高摩尔浓度的LE，该LE可分解形成富LiF的人工SEI（图8d），富含LiF的SEI不仅填充了Li金属和SE之间的间隙，而且还充当离子导体，可实现均匀的Li离子通量，因此可防止枝晶生长。图8. 由于不完美的接触、绝缘粘合剂和导电碳而限制锂离子转移的几个固态界面示意图及改善策略4. 负极界面人们对SE越来越感兴趣的原因之一是高容量锂金属负极的潜在应用，这将使ASSB的能量密度提高至少20％。众所周知，锂金属具有很高的正电性和反应性，这意味着它将在室温下与大多数SE自发反应，形成SEI。该中间相的化学、机械和电子性质对于确定ASSB的长期电化学行为和生存能力至关重要。4.1 化学反应根据SE与Li金属的反应性，存在三种主要的界面类型：（1）热力学不稳定的界面/室温下的高分解能；（2）具有极低热力学分解能的动力学稳定的SE；（3）无分解能的热力学稳定的界面大多数二元离子导体对Li金属具有化学稳定性，因为在0 V时不会发生分解（图9，绿色条）。对于三元和四元离子导体，其对锂金属的稳定性取决于其相应的二元分解产物的形成能。这种导体的负极稳定性随其阴离子的电负性增加而增加。图9. 几种SEs的电化学稳定性4.2 负极物理接触尽管基于氧化物的SEs在室温下表现出高的离子电导率，在10–4–10–3S/cm范围内，但与Li金属的界面电荷转移阻力明显更大，并且形成枝晶的临界电流密度（CCD）小于0.5 mA/cm2，这阻碍了它们在含锂金属的ASSB中的应用。这个问题的根本原因在于SE和锂金属差的物理接触。由于LLZO的低压还原稳定性（0.05 V vs Li/Li+），使其在室温下与锂金属在动力学上保持稳定，因此即使在施加恒定压力的情况下也难以保持紧密接触。这种不充分的接触对ASSB的循环有两个主要影响：（i）不均匀接触使锂金属的电荷转移电阻至少增加一个数量级；（ii）在电镀和剥离过程中，锂金属-SE界面的不均匀电流分布将成为锂枝晶形核的“热点”。提高锂金属表面润湿性最常用的方法是在SE与锂金属之间涂上一层薄的亲锂涂层。4.3 机械效应了解SE和Li的机械性能对于增加CCD并抑制ASSB的Li枝晶生长至关重要。SEs和Li的三个主要力学性能与Li枝晶生长有关：（i）SE的弹性行为，（ii）固体的塑性行为（或其硬度），（iii）断裂韧性。对于裸露的SE，镀Li发生在电极与SE的界面处，然后沿晶界传播。在晶界界面处沉积的锂金属增加了局部电场并促进了进一步的锂沉积。这种沉积在SEs上引起应力，该应力随着局部电流密度的增加而增加。这一过程取决于循环过程中的堆积压力和SEs的力学性能，因为这直接影响枝晶生长动力学。锂金属的成核、沉积、SE内部的生长以及质地在很大程度上取决于施加的压力。4.4 液体和固体电解质负极界面/相间的比较作者还从SEI性能、镀层策略、枝晶生长和研究现状的角度，对LEs和SEs中Li表面上的SEI进行讨论。（1）自发形成的中间相（SEI）。由于Li/Li 具有最负的电化学势，因此Li金属在几乎所有具有高离子电导率的有机溶剂和SE中都是热力学不稳定的。因此，在接触时和在电化学条件下，SEI将易于在Li金属表面上形成。在有机LE中，SEI会通过电解质分解而不断演化，直到其厚度超过电子隧穿范围和溶剂渗透的厚度为止。（2）人工界面。在LE和SE中，使用热力学稳定的涂层（也称为人工SEI）通常被认为是提高Li金属循环性的有效方法。该保护层应与锂金属保持稳定，以减少副反应和电解质分解，具有高离子电导率和最小的电子电导率，具有强的机械性能以防止枝晶传播，并具有高弹性以维持体积膨胀。对于LE来说，涂层无针孔以避免液体渗透尤为重要。对于SEs，Li金属和SE之间的物理接触仍然存在问题，需要人工SEI在Li金属和SE之间提供共形接触，以避免小的间隙和空隙。（3）锂枝晶。LE电池中锂金属的失效模型是连续形成的惰性锂，该锂会导致电解质耗尽或锂金属耗尽。在SE中，存在Li枝晶生长，导致电池短路。可能的原因包括施加的电流密度，施加的堆积压力（可能导致Li蠕变）和晶界电导率。5. 先进的表征技术界面设计需要对ASSBs中的界面有充分的了解，包括存在的物种的组成和分布、电子/离子性质以及它们在循环过程中的演化。因此，必须调整现有的表征工具，开发和定制新的先进技术，以达到和探测难以捉摸的界面。研究人员回顾了被广泛应用于固态界面的典型表征工具，解释它们的优缺点，并提出其他可能有用的技术，特别是原位表征方法。包括电子显微镜技术、透射X射线显微镜（TXM）、X射线计算机断层扫描（CT）、飞行时间二次离子质谱（TOFSIMS）和原子力显微镜（AFM）等。总结与展望这项工作对全固态电池界面和中间相的最新研究进展以及该领域尚存的挑战进行了全面的综述。大多数高导电性SE（卤化物、硫化物、氧化物和氮化物）具有较低的电化学氧化稳定性，导致SE氧化形成CEI。另一方面，除了少数二元SE（Li2S、Li3P、Li3N和LiF等）外，大多数SE对Li金属不稳定，因此形成SEI。尽管到目前为止在ASSBs方面取得了重大进展，但在SE、电极材料及其界面方面仍存在许多挑战。（1）在考虑电导率和最终的实验合成之前，必须优先进行基于特定电极界面性质的SEs组分筛选。（2）定量估计将有助于设计更好的SEs，确定合适的正极，并为高效循环提供最佳的复合电极组成。（3）高压氧化物正极上的涂层在高温下由于动力学反应缓慢而被电化学钝化。迄今为止，尚未研究涂层的长期循环稳定性（>500次循环）。高温快速循环有助于加剧涂层所经历的任何副反应，以在更短的时间内检查稳定性。（4）Li金属上的亲锂涂层可稳定Li-SE界面，以实现无枝晶的Li沉积（但电流密度较低）。但是，这种亲锂涂层在长期循环下和高面容量（4 mAh/cm2）锂沉积时的机械稳定性仍然是令人怀疑的。此外，还需要研究新形成界面的机械性能及其化学结构及其对电池循环的影响。（5）要全面了解ASSB中的界面特性，需要使用各种表征工具来涵盖各种时空尺度。空间尺度包括电荷转移、离子扩散、空间电荷层、相变、晶界和物理接触等现象，而时间尺度包括电荷转移、离子转移、电解质与电极之间的交换，以及界面的动态演变与电荷状态的关系。
来源：能源学人
动力电池设备企业的危与机
中国的锂电设备制造商们正在一条错误的道路上狂奔。在这条路上冲在最前面的，是当前全球最大的锂电设备厂商——无锡先导智能。2020年4月28日，先导智能董事长王燕清在投资者交流会上表示，公司定位于锂电整体解决方案供应商，整线战略稳步推进。5月14日，先导智能整线供应的锂电池项目在安徽马鞍山下线。在这条生产线上，所有的工序清一色地采用先导的设备，不仅包括所有的生产设备，甚至还涵盖了MES系统、物流系统。先导认为，当前电池设备行业的主流模式——电池厂商分段从多个设备供应商处采购设备然后再进行拼线，是有问题的。先导表示，这种离散的供应关系，导致产能建设周期长、技术对接任务重、商务沟通繁琐、前中后段工序交互不畅等问题。而先导的整线供应方式，可以解决这些问题，并能实现快速交付、提产，有利于电池厂快速扩张产能。站在动力电池厂商的角度，以宁德时代为例，仅在2月份就宣布了近100GWh的产能扩张需求。老大哥的扩张工作，确实繁重。似乎看起来，先导非常体贴，精准契合了动力电池厂商的需求，这种合作模式一定会大放异彩。是这样吗？我们认为，先导的整线战略问题很大，而且不合时宜。一之所以整线供应会成为中国锂电设备头部企业的战略，有其历史原因。2017年是中国动力电池产业发展关键的一年。这一年，宁德时代的装机量首次超过松下，成为世界第一。这一年，中国的动力电池产业虽然寡头已现，但乘用车装机量仅能占到37.11%，客车仍然是最大的市场。市场开始变得残酷，但未来并不明朗，人心浮动，似乎还有无限的可能性。同样，这一年也是中国锂电设备行业兼并重组的关键一年。2016-2017年，中国锂电设备行业发生了多起大规模的并购。2017年，先导智能以股权加现金合计13.5亿元收购泰坦新动力100%股权，拓展后处理设备领域。2017年，赢合科技以股权加现金合计4.4亿元，并购东莞雅康100%股权，巩固前段设备行业地位。通过并购、自研，先导、赢合等厂商切入其他工序，实现了主要锂电设备的覆盖，引领锂电设备行业。由于下游电池企业产销两旺，纷纷扩产，带动设备厂订单暴涨。在合并了被收购公司的财务报表之后，2017年，先导智能的营收是上一年的2.49倍，利润是上一年的1.86倍；赢合科技的营收是上一年的1.87倍，利润是上一年的1.83倍。亮瞎眼的业绩是无可质疑的。设备厂业务的横向扩展，受到广泛的追捧。在电池厂这一端，2017年尽管动力电池企业数量相比于2016年开始减少，但仍然多达98家。其中，大多数的电池企业技术实力一般，在工艺开发方面，较为依赖设备企业。而能够提供多段设备的企业，也确实拿到了最丰厚的订单。以至于在行业中，形成了这样一种隐性歧视：如果一个厂商只做单机（单一设备），没有横向布局，大家会默认为你实力不行。2017年，先导成为全球最大的锂电设备厂商，同时也是全球最赚钱的锂电设备厂。2018年、2019年，先导的业绩继续高歌猛进。形式一片大好之下，大而全、整线供应商的方向，就这样被端了出来，成了公司的发展战略。但随着2019年年中补贴大幅退坡，电动车从以B端买单为主，转向C端市场，智能电动车的兴起，使得汽车制造商的压力陡增。降本，尤其是电池成本的下降，迅速成为全行业最关注的事情之一。特别是特斯拉的国产，更是加速了电池降本的进程，因为，电池成本一直是砍价狂魔马斯克最关心的问题。2020年5月，《建约车评》经多方确认的消息显示，宁德时代在供应给汽车制造商的磷酸铁锂模组成本，已经降至0.5元/wh以下。设备厂商普遍超过30%的毛利，成了电池企业大刀砍向的地方。注：科恒股份和璞泰来仅限锂电设备业务，数据来源：西南证券2019年，是设备厂降本压力陡增的一年，未来会更加严苛。在这样的行业大背景下，做整线集成方案商，仍然是过去的抢份额思维，而不是顺应行业趋势，从客户的降本需求出发，开发出效率更高、成本更低、稳定性更好的设备产品。在电池产业中，降本相关的技术、工艺需要通过设备去实现，而不仅仅是设备的一次性采购更低这么简单。工艺、设备的持续优化可以带来效率、能耗、人工等方面的改进，进而降低电池成本。这是一个需要深耕的领域，和电池的成本、质量、性能息息相关。做整线集成供应商，追寻的是规模，几乎和深耕技术的方向是背道而驰的。不要说可以兼顾这种鬼话，企业的精力是有限的，战略必须是聚焦的，不可能兼顾。除了降本，电池行业的寡头化，二线动力电池厂商的加速退出，也早已是大势所趋。根据鑫椤资讯的数据，2020年上半年动力电池装机量为17.43 GWh，其中前10厂商的市场份额达到了惊人的95.3%。即使LG化学凭借特斯拉异军突起，格局微微发生变化，宁德时代在上半年仍然稳定了50%以上的市场份额，保持了2019年的势头。而在2019年上半年，根据高工锂电数据，国内动力电池装机总电量约30.01GWh。其中，装机总电量排名前10动力电池企业合计约26.38GWh，约占整体的88%。从88%到95.3%，市场的聚集程度在提高。前10名的名单中，又少了一些熟悉的身影，淘汰赛在加速。在锂电设备这样一个高度依赖大客户的行业，客户的质量直接决定企业的经营情况。2019年，设备商杭可科技对比克、远东、九夷、力信等下游电池厂的应收账面余额达到了5.2亿元，占当期营收比例接近40%。由于部分厂商经营困难，杭可科技计提了1.7亿元坏账准备。中国的锂电设备厂商们，深受中国的动力电池竞争格局影响。当电池厂较多、发展均衡的时候，设备厂商希望横向拓展，吃到行业发展的红利，快速做大规模，并不着急深耕某项技术。而像日韩的设备厂商，由于电池厂商少，电池厂的实力也雄厚，拥有较强的研发能力和整合能力，可以通过在各环节采购优质供应商的设备进行拼线。设备厂商被迫在自己擅长的领域，提供涂布、叠片、卷绕、激光等单一的、深入的技术。在中国的动力电池厂商的份额越来越往头部集中之后，电池厂为了保证核心工艺不被泄露，以及产线建设自主可控，并不倾向于设备企业的整线供应。做单一的技术提供商，回归技术，做深做透，或许是设备厂商更好的选择。二动力电池的性能、成本、质量，不仅与材料相关，也与制造、工艺息息相关，这里存在着大量的Know-how。而设备是工艺的下游，先进的工艺需要通过设备来实现，设备是制造、工艺保持先进性的重要保障。想要了解设备行业，首先需要了解电芯的技术以及制造工艺。这里简要介绍下，锂离子电池电芯的生产过程。电芯的制造工序分为三段：极片制作（前段），电芯组装（中段）、化成封测（后段）。首先，在前段工序中，主要工作是将固体粉状的正极材料、负极材料，成卷的金属箔片等通过一些列的动作，制作出标准规格的正极片、负极片等。第一步是匀浆环节。将正、负极粉状的固态电池材料，加入溶剂，搅拌均匀。第二步，涂布。这是非常关键的一步，将搅拌后的浆料均匀涂覆在一条宽且长的薄薄的金属箔片上：正极涂覆在铝箔上、负极涂覆在铜箔上，然后送入烘箱把溶剂烘干。涂布机的速度是产能的上限，在正常情况下，能涂多少材料出来，就能生产出多少电池。同时，涂布机也是整个厂房中最贵的设备。高速涂布机是日韩的强项。目前，日本东丽和平野仍是世界领先的涂布机生产企业，也是中国进口涂布机的主要供应商。另外韩国PNT公司也非常强力。随着电池厂对能量密度的追求，铜箔越做越薄，刚站稳6微米，就要向4.5微米冲击，涂布机是非常关键的一环。想象一下这种场景，每卷长度超过1000m的微米级厚度铜箔，在以人类慢跑的速度下，均匀涂上浆料，不能拉断、不能跑偏、不能被应力褶皱，重量、误差要控制在很小的范围内。更何况，厂商们为了提高生产效率，还在追求更宽的涂布宽度、更快的涂布速度，更薄的箔片。这是刀尖上起舞的艺术。目前，国产厂商在高端涂布设备领域离日韩企业还有差距，尚未完成进口替代。第三步，辊压。将涂布后的极片进一步压实，提高压实密度，进而提升电池能量密度。第四步，分切、模切、制片。将一大卷已经均匀涂满正极或负极的金属箔片，切割成需要的尺寸，焊接极耳，为后面的卷绕或者叠片工序做准备。以上各种花里胡哨的动作完成之后，我们就会得到下面这个东西（注：此为叠片所需要用到的极片）。图片来源：蜂巢能源请注意，这是一摞极片，每张极片都非常薄，和A4纸的厚度差不多，并且各项指标（例如尺寸、面密度、毛刺等）都非常严苛，公差非常小。前段工序结束之后进入中段工序。中段工序是电芯组装，主要的工作是将正极片、负极片、隔膜通过卷绕或者叠片方式，做成极芯。然后再将数个极芯连接之后，封装进电芯的壳体中，然后再注入电解液。中段工序的核心要求是一致性，对精度、效率、良品率有着较高的要求。中段工艺第一步，卷绕或者叠片。这是各个工序中非常关键的一环。将隔膜设置在正极片和负极片中间，三者之间通过卷绕或者层层叠放的方式，制作极芯。在卷绕设备领域，中国的设备厂商保持着优势，这也是先导和赢合等厂商起家的设备。而叠片设备领域，最大的瓶颈在于生产效率低，韩国人是这方面的领先者。根据东吴证券统计的数据，目前国产设备以双工位居多，效率普遍在0.5-0.8秒/片，而进口叠片机效率可达0.2秒/片。比亚迪重庆弗迪电池工厂生产的刀片电池，采用比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案。设计的叠片速度在0.3秒/片，在业界处于领先水平。中段工艺第二步，电芯封装。在这之前还需要做一些绝缘的处理，通过焊接进行极芯的连接等，然后装入电芯进行封装。中段工艺第三步，将电解液通过一个小孔，注入电池壳体中。从极芯到电芯封装环节展示，视频来源：蜂巢能源中段工序结束后，我们就得到了一个成型的电芯。接下来就是后段工序，后段工序的作用，是将电池充电活化，形成SEI膜，并对电池各项指标数据进行监测、分选，在最后环节确保电池的质量以及一致性。后段工序的第一步是化成、分容，这也是电池生产中的一个关键环节。通过化成分容，将电池充电活化，并测试电池的容量和其他电性能。在化成分容方面，中国企业拥有优势。最后一步是监测、分选，主要通过充放电时的电流、电压、时间等相关数据和曲线图表，区分电池品质，剔除不良品。这样做好之后，一块电芯就制作完成了（我们就可以开吃了）。必须说明的是，单体电芯还需要模组组装、PACK等环节才能组成电池包，最后应用在新能源汽车上。以上只是电芯生产环节高度抽象之后的概括，真正的电池生产过程，远比以上介绍要复杂很多倍，在精度、稳定性、效率等方面的要求也非常苛刻。另外，在环境控制、监测、自动化、物流、工业软件等方面互相配合，还有诸多的细节，亦不能说尽。锂电池生产过程简图，来源：高工锂电、东北证券动力电池是仅次于芯片制造的高度专业、复杂、精密的现代制造业。三随着消费者开始真正为智能电动车买单，行业的格局、对企业的要求，都在悄悄发生变化。设备行业当前的挑战和压力来自动力电池发展和竞争的压力。动力电池企业的使命是提供成本更低、能量密度更高、质量更好、循环寿命更长的电池，而这些都和设备行业息息相关。从2019年开始，动力电池产业加大了在制程和设备方向的探索。CTP、刀片电池等电池结构上的创新，背后是对行业深刻的理解。这些由车企和电池企业发起的行业创新，极大地促进了设备和制造的变革，同时也对设备企业提出了更高的要求。随着动力电池产业越来越集中的发展趋势，电池企业对设备企业的要求会更高，对单项技术的追逐会更加极致。另外，像特斯拉这种巨头还在试图进入电池制造领域。9月15日，特斯拉将要举办电池日活动，这一天特斯拉极有可能会放一个大招。马斯克曾不止一次地提到过，“我们非常了解电池”。在收购了电池制造商海霸之后，擅长制造「制造机器的机器」的特斯拉，将要如何定义电池的制造、电池的创新，非常值得期待。在下游的客户越来越集中，并且都非常懂电池、懂生产的情况下，选择纵整线战略，而不是技术深耕的战略，是非常危险的。如今的动力电池行业，要求锂电设备在单一环节进行深耕，而不是漫天撒胡椒面。它要求设备企业必须不断在以下等领域深入深入再深入，建立自己的核心竞争力：1、高精度、高稳定性高精度、高稳定性是对一致性的追求。一致性是动力电池制造最关键的指标，这和设备有直接的关系，也将直接影响电池的质量、性能，间接通过良品率等影响电池的成本。关于设备精度对成本的影响，一位资深电池专家表示，以做135Ah电芯为例，135Ah是最低要求，如果精度高，在工艺设计的时候，按照137Ah去设计就完全可以满足要求。但如果精度不够高，就需要按照140Ah去设计，才能保证135Ah。这给电池产线带来的损失是比较大的，也很难去追求一些极限的东西。2、高速自动化高速自动化是出于对效率的追求。基本上在锂电生产中，所有的环节都有时间这个维度。高速匀浆、高速涂布、高速叠片、高速卷绕，时间就是金钱。叠片、涂布等领域，中国的设备厂商们还没有建立起足够的竞争力。而自动化，头部厂商们已经在大部分环节上已经实现了，但仍然还有很大空间。3、集成一体机在锂电池制造的诸多工序中，某些环节并不是一定要严格分开，设备厂商可通过做设备的集成，将上下环节合并，也就是各种集成的一体机。在谈到设备集成时，弗迪电池副总经理孙华军在接受《建约车评》采访时表示：例如将辊压、分切做成一体的设备，减少操作和中转次数，这样也可以降本。如果是分开的设备，多上、下一次卷，会带来误损；物料转运也需要物流设备去满足；另外，多设备下，占用空间更大、管理更复杂、能耗也高。设备集成之后，这些环节的优化，都是在降低企业的成本。他表示，“如果设备厂能将涂布、辊压、分切做成一体的设备，竞争力就会非常强。”“很多事不是不能做，是很多人不敢想。”努力的方向不止以上，还有很多，但都必须是对极限的追求，而不是大而全的扩张。每一个方向不断向下的追求都是无穷无尽的，并且还有很大的创新空间，而这些创新必将带来度电成本的下降、电池性能的提高、电池质量的提升。而这些创新的起点，来源于对材料、电池的认识，来源于企业对技术孜孜不倦的追求，来源于企业重新发现问题、定义问题、解决问题。在动力电池行业，还要加上对电动车行业的理解。以上说法也许未必能让一些企业信服，这里抛出一个问题，仅供思考：大众的MEB 590模组、特斯拉-松下-LG化学的2170圆柱、比亚迪的刀片电池正在逐渐成为纯电动平台的三股势力，这些创新是谁定义的？台积电的7nm、5nm又是谁定义的？差距在哪里？结语2020年5月7日，马斯克在参加《乔罗根秀》时表示：“太多聪明人从事法律和金融，应该让更多聪明的人回归制造业”。在锂电制造行业，聪明人确实是大有可为的。在这样一个电化学、机械、电气自动化、软件等多学科交叉点，行业的上限很高，永远有令人兴奋的创新机会，可以改变这个世界。在这样的行业中，是有机会产生台积电、ASML这种企业的。但要求也是非常高的。
来源：建约车评
H1动力电池TOP 10企业“解码”
补贴退坡叠加新冠疫情影响，2020年上半年国内新能源汽车产销大幅下滑，导致动力电池装机量下滑超4成。高工产业研究院（GGII）数据显示，2020年上半年国内新能源汽车生产约35.2万辆，同比下降42%；动力电池装机量约17.5GWh，同比下降42%。数据来源：GGII按月度来看，今年前2个月影响最严重，其中2月单月降幅超7成。3月开始呈现增长趋势，同比降幅逐步收窄。虽5月装机环比轻微下滑，但6月国内动力电池装机再次进入增长通道。从车型类别来看，乘用车装机电量约为13.2GWh，同比下降41.1%；其中国产Model 3单车型独大，共计搭载电量2.77GWh，占乘用车市场总装机量的21%。此外新能源商用车也出现了超4成的同比下滑。电池外观形状上，受国产Model 3需求拉动，圆柱电池成为唯一增长的电池势力。上半年圆柱电池装机量同比增长22%至3.26GWh；方形电池依然为主，装机量为13.37GWh，同比下降45.9%；软包装机量仅0.85GWh，降幅最狠近7成。材料体系上，三元依然为主流，装机量12.34GWh占比7成；磷酸铁锂装机量4.59GWh，占总装机电量的26.3%。有必要指出的是，补贴退坡及技术成熟等，今年包括北汽、比亚迪、上汽、特斯拉等主机厂均推出了LFP版主力车型，2020年乘用车领域的LEP装机占比有望提升。从企业端来看，市场集中度进一步提升，动力电池市场分层加剧。今年上半年装机量TOP 10企业电池装机量合计约16.44GWh，占总量的94%，较去年同期提升近6个百分比。上半年装机量TOP 10企业依次为宁德时代、LG化学、比亚迪、中航锂电、国轩高科、松下、亿纬锂能、力神、塔菲尔、时代上汽。企业排名呈现“整容式”变化，孚能科技、比克电池、多氟多、卡耐新能源4家去年同期的TOP 10企业无缘前十榜单，LG化学、松下、塔菲尔、时代上汽则成功补位。仅中航锂电和塔菲尔两家国内电池企业保持正增长，增速分别为54%和15%。其中中航锂电排名由去年同期第7上升三个名次至第4，为包括广汽Aion S、奔奔E-Star、东风风光E3等热销车型配套。此外，LG化学、松下两家外资电池企业首次进入TOP 10，主要受益国产Model 3电池配套。本月开始宁德时代正式向特斯拉供货，随着供货量的提升，对LG化学的配套比造成一定影响。整体来看，行业不景气，动力电池企业竞争格局也较去年也发生了极大变化。头部企业市占比进一步提升，外资电池成为强有力的竞争者，二三线电池企业面临更大的压力和挑战。此外，2020年，国际车企纷纷入局搅动市场，瞄准出货量排名靠前的动力电池企业，如本田认购宁德时代1%股权、大众入主国轩、戴姆勒入股孚能科技等等，新一轮动力电池市场竞争格局更加扑朔迷离。以下是高工锂电梳理的2020年H1动力电池装机量TOP10企业的整体情况：宁德时代：产品覆盖乘用车、客车、专用车领域，上半年动力电池装机量8.64GWh，占国内动力电池总装机量的49.4%，市占率近5成，稳居第一。其中乘用车装机量为5.76GWh，配套国内主流车企及一汽大众、华晨宝马、上汽大众、广汽丰田、北京现代等合资品牌。电池装机量配套前5企业为蔚来、广汽、理想、威马及小鹏。国际客户开拓上，宁德时代已与特斯拉、本田、现代、丰田、沃尔沃、大众、捷豹路虎、标致雪铁龙、戴姆勒卡客车等国际顶尖车企达成动力电池方面的合作。并于本月正式供货特斯拉国产Model 3。产品技术实力上，宁德时代高镍811已规模化装车，CTP技术也在加速落地，并准备生产一种可持续使用16年、行驶里程达200万公里的动力电池，满足日常行驶，还可用于在运营、梯次利用的场景。LG化学：其打破松下独家供货特斯拉的“垄断”，2月开始配套国产Model 3，拉动动力电池装机显著攀升。上半年装机电量为2.51GWh，占比14.34%，成功挤掉比亚迪位居第二，在乘用车装机量占比18.99%，主要为国产Model 3配套，装机量达2502986KWh，另有4301KWh配套上汽通用新能源车型。最新消息显示，特斯拉要求增加电池供应，LG化学计划今年在其韩国工厂开始为特斯拉生产电池。当前国产Model 3电池由其南京电池工厂供应。比亚迪：上半年比亚迪新能源汽车销量6.08万辆，同比下降58.34%，降幅明显快于市场。其动力电池电池装机量明显承压，同比下滑近7成，无奈退居第三。其上半年动力电池装机量2.48GWh，同比下滑66.37%，市占率14.17%。乘用车电池装机量为1.96GWh，其中97.2%为旗下车型配套，另有部分外供长安汽车、长安福特、金康。中航锂电：进入2020以来，中航锂电装机量进一步提升，当前已进入装机量排名前5，向一线梯队企业冲刺。上半年，中航锂电装机电量760004KWh，同比逆势增长53.6%，跃升至国内第4，仅排在了宁德时代、LG化学和比亚迪之后。中航锂电目前配套客户主要集中在广汽和长安，且都在其主力车型的配套上占据了不小的份额。上半年中航锂电电池装机量为广汽乘用车配套了366MWh，占其乘用车总电量的48.4%；为长安汽车配套了321MWh，占其乘用车总电量的42.4%。此外，中航锂电还积极开拓了吉利汽车、东风小康、金康、江铃等客户。国轩高科：上半年动力电池装机量661MWh，位居国内第5。其中乘用车装机量481.8MWh，配套前五车企依次为北汽新能源、奇瑞汽车、江淮新能源、长安汽车及上汽通用五菱。近期，国轩还在柳州成立合资公司，布局10GWh动力电池生产基地，主要为上汽通用五菱新能源车型配套。有必要提及的是，近期大众投资约11亿欧元成为国轩高科大股东。双方还在业务层面达成了战略协议，国轩高科未来将成为大众汽车的认证供应商，有机会向集团在中国市场的纯电动汽车及 MEB 平台产品供应电池。松下：LG化学2月开始规模配套国产Model 3，松下上半年装机量362.36MWh挤进TOP10，居第6。松下主要为特斯拉、广汽丰田和天津一汽丰田3家车企配套。其中配套特斯拉263.87MWh，占其总电量的72.82%；配套广汽丰田51.53MWh，另有46.96MWh配套天津一汽丰田。有必要指出的是，近期松下与特斯拉再度绑定合作。其与特斯拉签署一份为期3年的定价协议，涉及内达华州超级工厂生产和供应电芯，并规定了松下的产能及特斯拉前两年的购买数量。亿纬锂能：其动力电池客户主要集中商用车领域，尤其是专用车领域，乘用车领域相对较少，但2019年新增配套合众新能源后，在该领域的装机量有所上升。今年上半年亿纬锂能电池装机量326.87MWh，位于国内动力电池装机量第7。其装机量排名靠前的车企主要有南京金龙、东风、合众等，其中1-5月配套合众新能源的装机量为45.56MWh。产能方面，3月底亿纬锂能总投资25亿元的高性能锂动力电池项目在荆门开工，项目建成后，湖北亿纬动力年产能可达21.5GWh以上。力神：上半年电池装机量299.4MWh，排名第8。其中乘用车装机量为190.88MWh，占其总装机电量的63.75%。乘用车客户主要是上汽通用五菱、江淮汽车，配套电量分别为80.56MWh和61.56MWh，占比依次为42%和32%。此外，力神还加速储能、基站等领域的市场开拓。塔菲尔：其上半年电池装机总电量235MWh，为TOP 10企业的黑马企业，位居第9。其市场集中在乘用车领域，该领域装机量为231.5MWh，位居乘用车装机量领域第7。其中威马汽车是其最大客户，上半年配套威马装机电量110.4MWh，占其总电量的47%，占比近5成。其次为河南速达，装机电量76.8MWh，占比32.68%，东风柳汽次之，还有柳汽、潍柴、野马等。时代上汽：作为宁德时代与上汽集团的合资公司，时代上汽上半年装机电量175MWh，位列第10，主要为上汽系旗下新能源车型配套，包括上汽乘用车、上汽通用、上汽大众、上汽大众。
来源：高工锂电
从5G基站建设看电池回收现状
我国以加快5G网络、数字产业等新型基础设施建设为主，布局数字经济、新材料等战略性新兴产业、大力推进科技创新，形成发展新动能的目标非常明确。而随着5G技术正支撑的“新基建”时代的到来，在工业大规模建设新浪潮之下，大力发展新能源汽车与锂电池产业已成为大势所趋。此前，我国对基站的备用电源主要采用的是铅酸电池，但铅酸电池存在使用寿命短、性能低、含有大量重金属铅等缺点，废弃后若处理不当将对环境造成严重污染。因此，随着5G网络普及，我国基站开始停止采购铅酸电池，而改用综合性能更好的锂电池。因此，无论是现有的基站，还是新增基站，未来对锂电池都会产生巨大的需求，且是持续需求。而通信基站具有“小模块、低电压、高冗余、小电流、非移动”等特点，又是锂电池梯次利用的最佳场景。以中国铁塔为例，目前3000多个基站开展锂电池替换铅酸电池试验，并且充分验证了锂电池的安全性和技术经济性的可行。据中国铁塔公布数据显示，其目前拥有通信基站近200万个，备电需要电池约44Gwh；60万座削峰填谷站需要电池约44Gwh；50万座新能源站需要电池约48Gwh；合计需要电池约136Gwh。诚然，5G时代的通信基站将向更高的密度发展，且将充分与路灯杆、监控杆、电力杆等社会基础设施相结合，从“单一为通信服务的通信塔”向“广泛为社会服务的社会塔”转变，这一基础将是锂电池梯次利用的绝佳场合。中国铁塔这样的大公司，自然看到了这一点，因此，中国铁塔表示将在17个省市地区建设回收服务网点150个，并发展备用电源综合解决方案等多种应用模式，突破残值评估、快速检测等一批关键共性技术，健全优化技术标准规范体系。首先，电池梯次利用企业可以达到降本需求。退役电池通常具有初始容量60%至80%的可使用剩余容量和一定的使用寿命，经过重新检测、筛选、重组后，可用于其他对电池瞬时输出功率性能要求不高的领域，如通信基站、储能电站、应急灯电源、低速电动车、电动物流车及光伏储能、家庭储能系统，因此相比于直接采购新动力电池，退役动力电池将有效降低成本。其次，废旧的电池对环境有一定污染。以动力电池为例，可分为铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等，其正负极材料构成中含有石墨、镉、铅、钴、镍等重金属，如处理不当就会造成金属污染。此外，动力电池的电解液主要由有机溶剂和锂盐等组成，有机溶剂中的DMC等会有轻度污染，锂盐中包含六氟磷酸锂，属有毒物质且易潮解，会造成氟污染。并且，动力电池的外壳材料、隔膜、黏结剂等也会造成塑料污染。因此，建立良效的废旧动力电池回收体系将有利于防止动力电池的环境污染。最后，动力电池的额定电压较高，在缺乏防护措施的情况下接触，容易发生触电事故。而废旧动力电池也并非完全没有了电流，国内传统的动力电池回收普遍采取湿法冶金的技术，但效果并不理想，因此废旧动力电池若处置不当，不仅存在触电，还存在燃爆和腐蚀等安全隐患。不过，尽管我国新能源产业发展向好，电池回收产业前景明朗，但现阶段我国电池回收产业发展并不成熟，依旧存在着众多问题。首先，目前我国电池回收产业处于起步阶段，现有的产业模式尚不成熟，许多回收废旧电池企业仍采用“小作坊”的方式，回收工艺较为落后，容易造成二次环境污染。此外，在动力电池回收利用设备方面，由于设备不规范，没有实现标准化，尚不能大规模生产，成本较高。梯次利用电池在使用、运输、仓储等过程中安全事故频发。其次，目前我国动电池回收技术还较为落后。产业化关键技术方面，电池回收利用前端亟需解决的动力电池退役判定标准及检测技术、可梯级利用电池剩余价值评估技术、单体电池的自动化拆解和材料分选技术缺失。此外，电池梯次利用的拆解、分选、重组等技术尚在研究阶段；以及电池回收利用技术方面，一些电池回收企业采取手工拆解技术和传统回收工艺，存在环保和安全隐患。还有，目前我国电池回收利用网络不完善，虽然我国已形成了一些专门的电池回收企业，如广东邦普、深圳格林美、江西赣锋锂业等，但数量偏少。此外，在梯次利用方面，国家电网、中国电科院等机构积极推进动力电池梯次利用，但技术依然不够成熟，大规模推广尚需时日。另外，在动力电池回收利用方面，同样存在着很多问题。首先，电池技术的缺陷，早期投入使用的动力电池，其制造技术相对来说较为落后，退役电池的电池容量一般只有50%至60%，报废比例较高，梯次利用的效率较低。此外，以前电池管理系统较为落后。电池管理系统的主要功能是智能化管理电池，防止电池出现过充电和过放电。而电池管理系统的不完善，导致了电池的报废率较高。因此，早期动力电池的技术缺陷将增加梯级利用的难度。其次，我国动力电池数量庞大，对退役动力电池进行回收利用，需要对其进行筛选、检测，再根据检测的结果决定梯次利用的类型，这个过程将耗费较大的人力物力。因此，如果事先可以对电池的使用状态等数据进行统计了解，将降低筛选成本。然而，我国对于动力电池统一编码、溯源管理平台建设较为滞后。
来源：电池联盟
布局加速，动力电池回收产业迎新发展
自2019年起，我国新能源动力电池逐步迈入规模化的退役浪潮中，2020年动力电池回收将成业界焦点。根据公开资料显示，2020年动力电池将进入规模化退役，约有20万吨电池面临退役，而到2025年，退役电池预计达到78万吨，动力电池即将迎来回收风潮。一、梯级利用和拆解回收是重要途径随着新能源汽车销量的持续增长，动力电池回收处理紧迫性凸显，目前主要回收途径包括梯级利用和拆解回收。梯次利用：电池一致性要求极高，实现退役动力锂电池在储能领域的二次应用，下游应用空间巨大，是政策着重支持的回收方式。拆解回收：是目前主要回收途径，湿法回收的商业化程度最高，通过“回收+生产”的方式锁定上游原材料价格将是未来锂电池材料厂商降低成本的重要途径。二、企业布局加速，动力电池回收将迎新发展1.比亚迪梯次回收利用中心落地，集中式回收模式再布局2020年6月16日消息，比亚迪动力电池山东梯次回收利用中心在山东枣庄国家高新区举行签约仪式。比亚迪、中国铁塔和山东枣庄国家高新区三方签署合作协议，就动力电池梯次回收利用进行深入洽谈。中国铁塔山东枣庄分公司授予比亚迪公司“山东动力电池回收利用协会成员单位”；高新区表示将会继续做好帮包服务，希望三方加强联系，争取在更大范围、更广领域开展合作。比亚迪动力电池回收主要采取集中式回收模式，早在2015年9月，就携手格林美，共同构建了“材料再造-电池再造-新能源汽车制造-动力电池回收”的循环体系。2018年1月，携手铁塔公司签订新能源动力蓄电池回收利用战略合作伙伴协议。目前，比亚迪已在10余个省市布局40余个动力电池回收服务网点。2.巴特瑞科技5万吨电池拆解项目开工，动力电池回收风潮将至进入2020年后，动力电池回收风潮将至，动力电池回收行业再添新军。2020年6月16日，京津冀动力蓄电池回收利用示范项目――巴特瑞科技5万吨电池拆解项目开工，项目规划到2020年年底，1万吨生产线将率先建成并投入使用。巴特瑞科技已构建出完整的电池拆解再生利用技术体系，在动力电池回收市场就具备一定的竞争力。3.国外布局同步加速，全球化趋势明显巴斯夫计划在芬兰建立电动车电池回收基地：巴斯夫携手Norilsk Nickel和Fortum计划在芬兰建立一个电动车电池回收基地，以重复利用锂离子电池中的的关键金属（例如钴和镍）。Norsk Hydro与Northvolt携手专注电池回收：Norsk Hydro与Northvolt成立合资企业Hydro Volt，专注电池回收。Hydro Volt将会在挪威建立一个“回收中心”，预计2021年开始运营。三、动力电池回收产业发展加速，多方合作、强化技术是重点1.回收体系建设有待完善：目前我国动力电池回收体系建设尚不完善，形成回收网络还需要各大企业共同努力，预计需要一段较长的时间。2.新兴技术研发需要投入：动力电池回收成本高，建设难度较大，入局企业应该重点聚焦动力电池回收相关技术研发，以技术增强核心竞争力。3.多方合作模式是未来趋势：随着动力电池回风潮的来临，多企业携手合作布局动力电池回收依然是趋势，需要多方市场主体参与并形成合力。（来源：中国汽车工业信息网/作者：朱培培）
来源：中国汽车工业信息网
“黑科技”固态电池“现实骨感”
近日，大众集团宣布已向斯坦福大学研发固态电池的衍生企业QuantumScape追加投资2亿美元，旨在加速推动固态电池技术的研发和商业化量产。此前不久，造车新势力——合众公司与清陶能源达成全面深度合作，共同推进固态电池的研发与应用。今年以来，国内外企业在固态电池领域投资布局动作频频。但业内认为，固态电池还存在诸多待解难题，产业化进程任重道远。下一个竞争高地继2018年投资1亿美元后，大众集团再次发力。增资对象QuantumScape成立于2010年，是斯坦福大学的衍生公司，其试制的全固态电池安装在车辆驱动系统上已完成了操作测试实验。大众集团预测，如果使用全固态电池，该公司的EV车型“e-golf”的续航里程可以从现有的300公里提升至750公里。固态电池技术是企业的下一个竞争高地。全球多家车企、动力电池企业和科研院校都在致力于固态电池的科研攻关。宝马集团早在2017年就牵手SoildPower开发固态电池；丰田是较早布局固态电池的车企，并有望在2022年推出搭载固态电池的车型；今年年初，戴姆勒宣布与加拿大魁北克水电公司合作开发固态电池技术，一旦固态电池达到了可量产状态，将使用在戴姆勒电动汽车上。中国科学院院士欧阳明高曾公开表示，日本自2017年起，投入了大量的研发经费，举全国之力研发下一代固态电池。美国和欧洲也在全力开发。中国电池产业虽然在此领域取得暂时优势，但国际竞争压力巨大，需全力追赶固态电池等前沿技术。国内方面，目前清陶能源、宁德时代、北京卫蓝等企业走在了研发前列。造车新势力——天际汽车在2019年初就推出了首款搭载固态电池的ME7样车，并宣称在2021年实现量产；日前，合众公司与清陶能源达成全面深度合作，共同推进固态电池的研发与应用。合众公司首席研发官王可峰透露，合众旗下第二款量产车——哪吒U将由此成为全球首款搭载固态电池的量产车。目前，双方已经进行了近两年的联合研发和测试，计划10月份申报工信部公告，年底前量产500台。随时准备颠覆现有产品体系企业之所以纷纷布局固态电池，看中的正是它有望解决困扰动力电池行业的两大挑战——安全隐患和能量密度偏低问题。所谓的固态电池，顾名思义就是使用固体电解质的锂电池。在工作原理上，全固态电池与传统的锂离子电池并无区别。传统锂电池由正极、负极、隔膜和电解液组成，其中电解液中含有易燃的有机溶剂，发生内部短路时温度骤升容易引起燃烧，甚至爆炸。而固体电解质材料具有不可燃、无腐蚀、不挥发的特性，不存在漏液问题，用固态电解质替代电解液，具有高安全性。此外，全固态电池使用金属锂做负极，电池能量密度有望达到300—400Wh/kg，甚至更高。业内普遍认为，全固态电池有望成为下一代动力电池的技术路线。最近两年，动力电池技术路线日益多元化。宁德时代推出了CTP技术、比亚迪发布了刀片电池、蜂巢能源也推出了首款无钴电池。相关技术储备是否会有所冲突？“刀片电池、CTP技术只是在结构上做了一些优化，跟固态电池的发展并不矛盾。”中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙告诉记者。事实上，固态电池的研发已经上升到国家战略层面。2019年12月，工信部发布的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿），对提高技术创新能力提出了要求，其中便包括了“加快全固态动力电池技术研发及产业化”。华经产业研究院认为，固态电池等新的技术革命随时准备颠覆现有的整个产品体系框架。随着研发和工业技术的不断发展，未来几年，固态电池产品的市场会迎来蓬勃的发展机遇。多项技术难题待突破“现在所说的固态电池，是为了解决电动汽车的安全问题，增加了一部分固态电解质。多数是对现有锂离子电池技术的改进，属于半固态电池。”刘彦龙告诉记者，全固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂电池。“固态电池”和“全固态电池”一字之差，却还有较长的路要走。刘彦龙介绍，目前全固态电池在电解质导电性、金属锂的可塑性、界面相容性等方面还存在技术难题。比如，在与电极的接触上，液态电解质可以最大限度地与之接触，而固态电解质与电极之间很难做到完全贴合，电导率低于液态电解质；在频繁充放电过程中，各种材料体积会膨胀和收缩，如何保证电极结构的稳定也还需要进一步研究。考虑到全固态电池面临的现实难题，以及行业对高安全、高能量密度动力电池的迫切期待，半固态电池成为当下的一个务实选择。电池结构设计正逐渐由减少液体的使用，向无液体的全固态电池迈进。刘彦龙坦言，理论上认为全固态电池是动力电池发展的一个方向，但目前还没有做出一款全固态电池去检验其全生命周期的竞争力。“全固态锂电池是否真的能解决锂离子的本质安全性还有待更广泛、更深入的研究和数据积累。”在他看来，只有安全性、能量密度、循环寿命、成本都接近甚至优于现有的锂离子电池时，全固态电池才具备产业化的基础。在刘彦龙看来，全固态电池短时间内很难产业化，起码要等到2030年左右。“全固态电池得先做出来，先应用于小电流的电子产品上，再逐步应用到大电流、大倍率的电动汽车上。”
来源：中国能源报
