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动力电池报废潮将至 回收利用须追本溯源
为了避免工艺简陋、技术落后的回收再生“小作坊”影响行业整体健康发展,新修订的《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》升级了环保要求。例如,对于综合利用过程中产生的废水、废气和工业固体废物等在线监测装置,从过去的“鼓励安装”改成“应具备”等。我国新能源汽车产销量已稳居全球第一。中国汽车工业协会公布的数据显,2019年1—8月,我国新能源汽车销量为79.3万辆,保持着同比32%的增速。随着新能源汽车的大规模推广和应用,废旧动力蓄电池的综合利用问题显得尤为紧迫。近日,工业和信息化部近日对2016年发布的《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》(以下简称《规范条件》)和《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》(以下简称《办法》)进行了修订并正式向社会公开征求意见,对动力电池综合利用提出了更完善、更安全、更节能环保等要求。再生利用尚处起步阶段据中国汽车技术研究中心测算,结合汽车报废年限、电池寿命等因素,2018年—2020年,我国累计报废动力电池将达12万—20万吨,2025年达到35万吨的规模。可以说,新能源汽车动力蓄电池大规模报废的浪潮即将到来。“动力蓄电池使用年限一般在5—8年,有效寿命则在4—6年,这意味着第一批投入市场的新能源车动力电池基本处于淘汰临界点。”天能集团董事局主席张天任告诉科技日报记者,通常动力蓄电池容量衰减至80%以下时,将不能完全满足汽车动力需求,可以梯次利用于其他领域。工信部发布的《新能源汽车动力蓄电池回收利用调研报告(简介)》显示,当前动力蓄电池梯次利用大部分处于试验示范阶段,主要集中在备电、储能等领域。2018年,中国铁塔公司停止采购铅酸电池,大力推广锂电池梯次利用,已在31个省市的约12万座基站开展梯次利用电池备电应用,并在备电、储能及对外发电应用场景加强业务拓展。国家电网建设了1兆瓦时梯次利用磷酸铁锂电池储能系统示范工程,用于接纳可再生能源发电和调频等。张天任说,目前,退役的新能源汽车动力电池主要有两个去向,一是梯次利用,二是再生利用,将报废电池拆解后,将其中的重金属提炼,再次使用。“从全生命周期来看,梯次利用的电池在最终报废后,也需要进行再生利用。”国家对动力蓄电池的再生利用高度重视,2018年,工信、科技、环保等国家部委联合印发了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》等规定,加强动力蓄电池的回收利用管理,规范行业发展,推进资源综合利用等。但动力蓄电池的再生循环利用还是一个新兴领域,尚处在起步阶段,面临着着诸多困难和不足,《规范条件》和《办法》的及时修订显得尤为关键和重要。建立完善成熟的综合利用数据库此次新发布的《规范条件》修订稿和《办法》修订稿是在2016年相关文件的基础上进行修改和完善的,特别体现了以科技和技术驱动,使动力蓄电池的溯源和利用等更完善更安全。在废旧电池的回收利用方面,溯源被认为是关键的一环。《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》提出,将建立溯源综合管理平台,对新能源动力锂电池的生产、销售、使用、报废、回收、利用等全过程进行信息采集,对各环节主体履行回收利用责任情况实施检测。张天任说,目前,我国电池的回收体系尚不健全,汽车生产企业、电池制造企业、回收企业、再生利用企业之间尚未建立有效的合作机制,权责还不够清晰。这些制度措施,对加强报废电池的高效利用起到了积极作用。而动力电池溯源管理的进一步完善,在《规范条件》修订稿中得以凸显。比如“技术、装备和工艺”的总体要求中,《规范条件》修订稿新增了一条,“应满足新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理有关要求,具备信息化溯源能力,如溯源信息系统及编码识别等辅助设施设备。”在提及无法处置“综合利用过程中产生的电子元器件、金属、石墨、塑料、橡胶、隔膜、电解液等零部件和材料”,要求企业“按国家有关要求交有相关资质的企业进行集中处理”的同时,“做好跟踪管理”;“产品质量和职业教育”条款中,对回收利用企业要求从此前的“建立完整的可追溯体系”升级为“建立完整的信息化生产过程管理体系”,这也有利于建立起更完整、成熟的废旧动力蓄电池综合利用数据库。安全是动力蓄电池发展的基础,同样,《规范条件》修订稿对动力电池回收利用过程中的安全性提出了更高要求。其中,在“环境保护要求”条款里,单独针对“气体”增加更详细的处理要求,“在综合利用过程中产生的在常温常压下易燃易爆及排出有毒气体的残余物,必须进行预处理,使之稳定后贮存,否则按易燃易爆危险品贮存”;在“安全生产、人身健康和社会责任”条款里,新增一条对运输的要求,“废旧动力蓄电池运输应符合国家相关法律法规标准要求,尽量保证其电池结构完整,运输前应根据废旧动力蓄电池安全特性进行分类,按照相关标准采取对应的运输方案,具备防火、防水、防爆、绝缘、隔热等安全保障措施,并制定应急预案。”关键共性技术亟待突破我国锂资源量为700万吨左右,位居全球第四。但由于锂矿品位差、提纯难度大、成本高,每年需要进口大量的锂矿,对外依存度超过85%;“中国需求”还推动了电池级碳酸锂价格的暴涨,从2015年初的不到5万元/吨上涨到2017年底的18万元/吨,涨幅接近三倍,不利于新能源汽车产业发展,对我国的资源安全提出严重挑战。张天任说,废旧动力蓄电池是宝贵的“城市矿山”,金属含量远高于矿石,将其中的锂、钴、镍等有价金属加以回收,再生利用,能提高资源利用效率,降低对外依存度等。废旧动力蓄电池如果处理不当,随意丢弃,会对生态环境造成很大危害。“如正极材料中的钴、镍等重金属元素,电解液中的有机物,负极中的碳材料等,都会对水体和土壤造成严重污染,特别是重金属一旦渗入土壤,数十年都难以恢复。”于是,在节能环保方面,《规范条件》修订稿首次对锂元素的回收率提出规范,即不低于85%,采用材料修复工艺的,材料回收率应不低于90%。为了避免工艺简陋、技术落后的回收再生“小作坊”影响行业的整体健康发展,《规范条件》修订稿升级了环保要求。新建、改扩建综合利用企业应严格执行环评制度,纳入固定污染源排污许可分类管理名录的建设项目,按照国家排污许可有关管理规定要求申请排污许可证;而综合利用过程中产生的废水、废气和工业固体废物等在线监测装置,从过去的“鼓励安装”变更为“应具备”等。《规范条件》修订稿强调,“应选择生产自动化效率高、能耗指标先进、环保达标和资源综合利用率高的生产设备设施,采用节能、环保、清洁、高效、智能的新技术、新工艺。”张天任说,目前再生技术尚未成熟,自动化水平低,成本居高不下。“应针对废旧动力蓄电池再生利用存在的薄弱环节,组织产学研联合攻关,不断提高工艺装备水平、金属提炼技术、节能降耗水平,突破关键共性技术,有效降低生产成本,逐步培育成熟产业体系。”
来源:科技日报GS汤浅开发新型硅电极制造固态电池
日本电池制造商GS汤浅正在提升其在动力电池领域的竞争实力。外媒报道称,GS汤浅开发了一种硅金属电极,这种可以带来更高的能量密度和更长的使用寿命。与现有的锂电池相比,其能量密度可以增加两倍。GS汤浅表示,这种极具前途的硅金属电极可以用于开发固态电池,为电动汽车提供三倍能源。现在需要进一步改善该材料的循环稳定性,计划在2025年在电动汽车电池中大规模使用硅金属电极。金属硅拥有4200 mAh/g的理论容量,比锂离子电池高数倍。但由于硅金属在充电和放电过程中会发生相当大的体积膨胀,因此尚未大规模导入使用。GS汤浅宣布,它已经提高了金属硅电极电池的库仑效率和循环性能, 主要方法是找到硅金属的最佳粒径和电极结构,以及使用多种不同的导电添加剂。这改善了硅金属电极的电极可成形性,并且还显示出电极电导率的提高产生更好的放电性能。此前,GS汤浅宣布与博世合作开发新型电池技术,研发出两倍于锂离子电池的能量密度且成本降低一半的新型电池,目标是在2020年投入市场。但由于博世在2018年宣布不会生产电芯,这使得该合作项目没有持续下去。不过,GS汤浅的新型电池技术项目在日本找到了新的合作伙伴。2018年,GS汤浅与丰田、松下、日产、本田等企业成立了一个产业联盟,在日本政府的帮助下开展下一代固态电池项目的开发研究,共同推进固态电池的产业化。2019年夏天,丰田宣布将在2020年东京奥运会上亮相旗下的固态电池电动汽车,而GS汤浅正是丰田该项目的合作伙伴之一。除了研发新型电池之外,GS汤浅也在扩充其动力电池产能,并将目光从亚洲转向欧洲市场。日前, GS汤浅在欧洲大陆的第一家电池工厂正式竣工,即将进入生产阶段,向其欧洲汽车合作伙伴的混合动力和电动汽车供应锂离子电池。该工厂是GS汤浅于2018年投资2900万欧元(约合人民币2.26亿元)在匈牙利米什科尔茨建造其第一家欧洲电池工厂,将有51名员工开始生产。该项目还获得了匈牙利政府4.65亿匈牙利福林(约合人民币1106万元)的资金补助。
来源:高工锂电普渡大学研发出锑纳米链负极 可以提高电池容量和充电速度
普渡大学研究人员宣布了一项技术突破,可能对未来电池研发产生重大影响。普渡大学研究人员表示,手机或电脑中电池运行时间,取决于电池内负极材料中可以储存多少锂离子,当这些锂离子耗尽时,电池就不能再提供电流。某些材料可以存储更多的锂离子,但是这些材料通常太重或外形存在问题,无法在现代电池中取代石墨。普渡大学科学家和工程师们研发了一种新方法,可以采用上述材料生产电极,这样可以增加电池的运行时间,使电池更加稳定,同时缩短充电时间。研究人员研发了一种新的网状结构,称为锑纳米链。锑是一种类金属,可增强电池中锂离子容量。科学家将锑纳米链电极与石墨电极进行了比较,结果发现采用锑纳米链电极,硬币大小的电池充电仅耗时30分钟,同时锂离子容量增加了一倍,进行了100次充放电循环。研究小组指出,一些商用电池已经使用了类似锑金属负极的碳金属复合材料。然而,这些材料在存储锂离子时,体积会膨胀三倍,在电池充电时会造成安全隐患。该小组开发出一种锑颗粒,它的纳米链形状,克服了上述复合材料在充电时会膨胀的缺点。研究小组注意到,锑纳米链,使锂离子容量在至少100次充放电循环中保持稳定,同时,研究小组认为,进一步的充放电循环,也不大可能降低电池容量。
来源:新能源科技前沿固态电池商用前景引关注
“虽然现在全固态电池应用于新能源汽车的技术还不够成熟,但是,目前中国和日本在全固态电池研发方面都走在世界前列,也最有希望率先做出量产全固态电池。”近年来,锂电池安全事故频发,多个电动汽车品牌屡次发生“自燃”事件,引发公众对锂电池安全性的担忧。在此背景下,越来越多的企业把目光投向了更轻、更安全且充电更快的固态电池。日前,雷诺汽车高级副总裁吉尔斯·诺曼德就公开表示,到2025年,雷诺旗下电动汽车可能会使用钴含量为零的固态电池。据悉,新一代的固态电池产品将由电池公司Ionic Materials提供技术支持,该公司将在美国密歇根州Romulus电池工厂制作固态电池,并拟于今年年底前进行OEM测试。为规避资源制约而研发无钴电池事实上,早在2018年初,雷诺-日产-三菱联盟就已在无钴固态电池领域进行了布局。彼时,其设立了10亿美元风投基金,首个投资即为Ionic Materials公司的无钴固态电池研发。同年3月,丰田及雷诺-日产-三菱联盟还分别表示,拟在2022年至2025年间推出搭载固态电池的电动汽车。“从技术角度看,目前传统锂离子电池的能量密度已达到上限,很难再有突破。同时,由于传统液态锂离子电池中的隔膜和电解液占用较大,且液态电解质在高温下会产生氧化分解、产生气体、发生燃烧等安全问题,所以,目前既能达到高能量密度又能兼容高安全性的固态电池正逐渐成为动力电池技术未来发展的重要方向。”汽车分析师沈建斌告诉记者,固态电池使用的是固体电极和固体电解质,其不仅可以有效减少电池的体积和质量,同时还能有效提升电池的能量密度。“这是针对当前锂电池高能量密度和高安全性相矛盾的特点延伸出来的技术路线,安全指数更高,因而获得车企的青睐不足为奇。”记者注意到,雷诺汽车计划使用的是零含钴量固态电池,而这与普通的固态电池又有何区别?“钴是目前锂离子电池中所必需的贵金属,但其产量稀少,过于依赖它势必会影响到未来电动汽车的发展。”沈建斌坦言,雷诺选择零含钴量固态电池,或是为了消除对钴的依赖,更好地降低成本和避开资源制约。据了解,目前布局无钴电池的车企并不止雷诺一家。松下就曾在2018年宣布,计划在2-3年内将大规模生产的电池钴含量降低一半。而特斯拉CEO马斯克也同样表示过,想要将钴的使用量直接降为零。“这是车企在布局和规避钴资源的制约。”沈建斌表示。技术成熟度仍待加强作为动力电池未来发展的一个重要方向,尽管目前固态电池技术已经得到突破,但业内却普遍认为,由于目前的生产制备成熟度还有待加强,规模化、自动化的生产线还需要进一步研发,固态电池距离产业化、商业化还有一定的距离。“当前市面上的固态电池,通常是有机电解液里面加了一些固态,或者是在固态里面加了有机电解液,安全性好不好,取决于液态电解液所占比例的多少。想要高安全性,还是全固态电池更安全,但全固态电池是一个非常困难的研究方向。”清华大学电池安全实验室主任冯旭宁坦言。“用户希望电池的导电率特别高,因为这样锂离子传输得快,快充和放电能力就会比较好。好比我们拿一杯电解液和一块硬的固体去测它们的导电率,液体电解质的导电性明显好于固态电解质。因此,长期以来没有太多人关注固态电池。”冯旭宁进一步解释。除了技术上的不成熟,成本偏高也是目前制约固态电池发展的因素之一。“在规模化生产和使用之前,固态电池的成本肯定是比较高的,但未来其成本还是能降下来的。因为从电池生产的发展历程来看,如果它能够满足所有的性能要求,成本下降指日可待。” 冯旭宁表示。“虽然现在全固态电池应用于新能源汽车的技术还不够成熟,但是,目前中国和日本在全固态电池研发方面都走在世界前列,也最有希望率先做出量产全固态电池。”冯旭宁表示,未来想要实现规模化生产的固态电池显然是有可能的。沈建斌则进一步表示,固态电池的发展还有很长一段路要走,预计其实现小规模量产或是在2020年以后,大规模应用则需要更长的时间。
来源:中国能源报固态电池商用前景引关注
“虽然现在全固态电池应用于新能源汽车的技术还不够成熟,但是,目前中国和日本在全固态电池研发方面都走在世界前列,也最有希望率先做出量产全固态电池。”近年来,锂电池安全事故频发,多个电动汽车品牌屡次发生“自燃”事件,引发公众对锂电池安全性的担忧。在此背景下,越来越多的企业把目光投向了更轻、更安全且充电更快的固态电池。日前,雷诺汽车高级副总裁吉尔斯·诺曼德就公开表示,到2025年,雷诺旗下电动汽车可能会使用钴含量为零的固态电池。据悉,新一代的固态电池产品将由电池公司Ionic Materials提供技术支持,该公司将在美国密歇根州Romulus电池工厂制作固态电池,并拟于今年年底前进行OEM测试。为规避资源制约而研发无钴电池事实上,早在2018年初,雷诺-日产-三菱联盟就已在无钴固态电池领域进行了布局。彼时,其设立了10亿美元风投基金,首个投资即为Ionic Materials公司的无钴固态电池研发。同年3月,丰田及雷诺-日产-三菱联盟还分别表示,拟在2022年至2025年间推出搭载固态电池的电动汽车。“从技术角度看,目前传统锂离子电池的能量密度已达到上限,很难再有突破。同时,由于传统液态锂离子电池中的隔膜和电解液占用较大,且液态电解质在高温下会产生氧化分解、产生气体、发生燃烧等安全问题,所以,目前既能达到高能量密度又能兼容高安全性的固态电池正逐渐成为动力电池技术未来发展的重要方向。”汽车分析师沈建斌告诉记者,固态电池使用的是固体电极和固体电解质,其不仅可以有效减少电池的体积和质量,同时还能有效提升电池的能量密度。“这是针对当前锂电池高能量密度和高安全性相矛盾的特点延伸出来的技术路线,安全指数更高,因而获得车企的青睐不足为奇。”记者注意到,雷诺汽车计划使用的是零含钴量固态电池,而这与普通的固态电池又有何区别?“钴是目前锂离子电池中所必需的贵金属,但其产量稀少,过于依赖它势必会影响到未来电动汽车的发展。”沈建斌坦言,雷诺选择零含钴量固态电池,或是为了消除对钴的依赖,更好地降低成本和避开资源制约。据了解,目前布局无钴电池的车企并不止雷诺一家。松下就曾在2018年宣布,计划在2-3年内将大规模生产的电池钴含量降低一半。而特斯拉CEO马斯克也同样表示过,想要将钴的使用量直接降为零。“这是车企在布局和规避钴资源的制约。”沈建斌表示。技术成熟度仍待加强作为动力电池未来发展的一个重要方向,尽管目前固态电池技术已经得到突破,但业内却普遍认为,由于目前的生产制备成熟度还有待加强,规模化、自动化的生产线还需要进一步研发,固态电池距离产业化、商业化还有一定的距离。“当前市面上的固态电池,通常是有机电解液里面加了一些固态,或者是在固态里面加了有机电解液,安全性好不好,取决于液态电解液所占比例的多少。想要高安全性,还是全固态电池更安全,但全固态电池是一个非常困难的研究方向。”清华大学电池安全实验室主任冯旭宁坦言。“用户希望电池的导电率特别高,因为这样锂离子传输得快,快充和放电能力就会比较好。好比我们拿一杯电解液和一块硬的固体去测它们的导电率,液体电解质的导电性明显好于固态电解质。因此,长期以来没有太多人关注固态电池。”冯旭宁进一步解释。除了技术上的不成熟,成本偏高也是目前制约固态电池发展的因素之一。“在规模化生产和使用之前,固态电池的成本肯定是比较高的,但未来其成本还是能降下来的。因为从电池生产的发展历程来看,如果它能够满足所有的性能要求,成本下降指日可待。” 冯旭宁表示。“虽然现在全固态电池应用于新能源汽车的技术还不够成熟,但是,目前中国和日本在全固态电池研发方面都走在世界前列,也最有希望率先做出量产全固态电池。”冯旭宁表示,未来想要实现规模化生产的固态电池显然是有可能的。沈建斌则进一步表示,固态电池的发展还有很长一段路要走,预计其实现小规模量产或是在2020年以后,大规模应用则需要更长的时间。
来源:中国能源报全球动力电池装机量首下跌 与中国市场密切相关
中国新能源补贴退坡,这对新能源车企以及动力电池企业带来一定冲击。不过,依然有一些企业通过采取种种措施实现突围。16日,国际动力电池市场调研机构SNE Research发布最新一期动力电池市场报告,2019年8月全球汽车动力电池装机量为7.1GWh,相较去年同期下降10.0%,这也是自2017年以来月度装机量首次呈现同比下降态势,而在装机量排名前十的企业中,有六家企业呈现下跌。其中,下跌幅度最大的是比亚迪,该司产品8月装机量为0.398Gwh,相较去年同期下滑幅度达61.1%,而国轩高科、格派新能源以及日本松下也均呈现下跌态势,此外装机量前十企业以外的企业装机量的同比下滑幅度也接近六成。不过,也有一些逆势上行的企业。宁德时代在今年8月全球市场的动力电池装机量为2.4Gwh,相较去年同期上涨49.4%,位居全球装机量第一。此外,韩系动力电池企业LG化学的当月全球装机量也同比增长近近八成。同时,宁德时代披露的2019年第三季度也显示,该公司预计前三季度归属于上市股东的净利润为30.9亿元至35.7亿元,同比增长幅度为30~50%。SNE Research的CEO金炳周(音译)向第一财经记者表示,全球动力电池装机量首次呈现下跌的背后,这与中国市场有密切的联系。根据中汽协最新披露的数据显示,2019年9月,新能源汽车销售量为8.9万辆,同比下降达29.9%,连续三个月出现下降态势。金炳周认为,由于中国市场在全球新能源车市中所占到的比重太大,导致补贴出现退坡以后,中国新能源汽车的生产成本出现上涨,车企也将成本转嫁至动力电池企业等配件企业层面,中国多个动力电池企业的装机量出现了“断崖式”的下滑。“尤其是比亚迪,受到公司自家新能源汽车销量下滑的影响,此外未能够及时迈出为其他车企供应动力电池的步伐,成为其出现快速下跌的重要原因。”金炳周说。“此外,作为松下的客户,特斯拉在上海新工厂与LG化学展开合作,对于松下的市场表现也呈现负面的影响,反向对LG化学的装机量则呈现正面的影响。”金炳周表示,宁德时代的增长则由于更多方面的原因,一方面搭载宁德时代的中国国产汽车销量增加,同时宁德时代自身也在向商用车、海外市场进行扩张,这也使其在中国市场出现调整的情况下,能够更加有效地进行应对。近日,宁德时代方面曾宣布与大众(拉美)卡客车公司签长期战略合作协议,将就电池开发、制造、回收等地全周期电池解决方案展开合作,共同推进商用车电动化的进程,并共同组建国际商用汽车电动联盟。目前,国内电动汽车市场在全球市场占比超过五成,而与此同时,随着宁德时代与比亚迪等头部动力电池企业市场占有率逐步提高,一方面缺乏资源及技术的中小企业面临更大压力,另一方面头部梯队的企业的技术路线之争也在持续。根据乘联会秘书长崔东树的测算,目前国内动力电池企业中,第一名及第二名之间的差距逐步拉大,此外3~10名的企业每个月都在发生变换,虽然每家企业也通过绑定车企、整合上下游的方式进行竞争,但与头部企业仍然拉开距离。在此背景下,宁德时代在2019年通过产能增大、上下游融合与技术团队扩大方面,试图保持其头部市场优势,并通过收购海外企业、与跨国车企合作等方式,谋求在海外市场的机遇,而比亚迪则在加紧推进2022年实现分拆动力电池业务的目标,并与奥迪、丰田等车企达成合作意向,此外随着新能源补贴退坡的时间接近,韩系动力电池企业LG化学在新港第一工厂已经投产的背景下,位于南京滨江开发区的第二工厂(LG化学滨江新能源科技公司)正着手在华招聘核心生产岗位。金炳周认为,2019年全球电池产量仍然不足,所以要更多的产能准备,但其中绝大多数的市场份额都将属于头部企业。对于目前的市场状况,一位要求匿名的本土中型动力电池企业负责人表示,目前,动力电池市场的窗口期及增长机会仍然还在,而由于补贴所引发的市场下跌也终究是市场化过程中应当经受的痛苦过程,但随着市场竞争导致“大客户”对于动力电池企业的业绩影响愈加增大,拥有技术优势的头部及外资企业将积极争夺整车厂客户及资源,而更多小企业的日子只会更加难过。
来源:第一财经