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狂飙的锂电，325个超级项目总投资超8600亿元
中国锂电产业加速扩张，总投资超8600亿元，但面临增速下滑和业绩下滑风险。未来全球锂电竞争将加剧，新技术、新产能、新资本将成关键，产业格局将发生深远变化。 资本与野心的疯狂加持下，中国锂电还在加速狂飙。 据24潮产业研究院(TTIR)统计，截止2023年末，国内70家锂电上市公司的325个超级工程（单个项目投资预算在亿元以上）进入执行（施工）阶段，这325个项目总投资预算超8600亿元，涵盖锂电池制造、钴锂镍等上游原材料、正负极材料、电解液、锂电隔膜、锂电铜箔等整个锂电池产业链。 当前锂电产业一面像火焰一样激情燃烧；另一面却像冰山一样，冷硬，暗藏未知与巨大风险。 锂电产业发展降速几乎已经成为新的产业共识。据24潮产业研究院(TTIR)统计，2023年整体营业收入同比下降0.17%，增速较2022年下降了88.30个百分点；归母净利润整体同比下降45.07%，增速较2022年下降了176.83%。（详见 “中国锂电年度十大排行榜” 一文） 到了2024年趋势变得更加危险，2023年一季度，107家（注：港股上市公司未披露2024年一季报）锂电上市公司营业收入合计为2929.07亿元，同比下降了18%，归母净利润合计为169.07亿元，同比下降了50.16%。 目前大部分二三线厂商几乎都处于亏损状态，很多企业可能熬不过此轮洗牌周期。 如今，“十四五” 棋至末盘，中国乃至全球锂电产业步入全新的发展时期，伴随着资本的疯狂涌入，以及一体化与全球化竞争的全面展开，可以预见的是，未来围绕全球新能源的主导权与定价权，无论是企业层面，还是国家层面的较量与博弈可能还会进一步升级，这一切似乎都在预示着，大战将起，剩者为王！ 综合产业最新发展趋势与变化，未来全球锂电江湖将围绕新技术、新产能、新资本等多个维度进行新一轮较量，竞争成败必将对全球锂电产业格局与发展产生深远影响，我们拭目以待。
来源：24潮
锌基液流电池储能技术研究进展
碳达峰、碳中和目标的实现过程使风能、太阳能等可再生能源在能源供给体系中占比逐步增加,构建以新能源为主体的新型电力系统将成为必然。但是,风能、太阳能等可再生能源受时间、季节等影响具有不连续、不稳定的特性,这会使其在大规模并网发电过程中对电网安全稳定造成冲击,影响电网可靠运行。储能技术可以通过其灵活的调节能力,提升风电、光伏等可再生能源发电的可控性,提高可再生能源就地消纳与可靠运行能力。因此,新型储能是建设新型电力系统、推动能源绿色低碳转型的重要装备基础和关键支撑技术,是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑。 根据能量的存储原理与形式,储能技术主要包括化学储能与物理储能两大类.物理储能主要包括抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能等,化学储能主要包括锂离子电池、铅酸蓄电池、液流电池等各种二次电池。其中液流电池因其具有安全性高,生命周期性价比高,环境友好,结构简单,设计灵活等诸多优点使其成为适合应用于大规模、大容量储能的首选技术。 目前,以全钒液流电池为代表的液流电池储能技术发展迅速,已经处于产业化推广阶段[。但相比其他电池技术,全钒液流电池初始投入成本偏高、能量密度偏低(25 Wh/L),更适用于电网侧MWh~100 MWh级以上的大规模储能。与全钒液流电池不同,以金属锌为负极活性组分的锌基液流电池具有活性物质资源丰富、价格便宜、能量密度高等优势。但由于其储能容量受限于负极锌沉积空间,导致其面容量有限,储能规模一般为10 kWh~MWh级,未来在用户侧储能领域将具有很好的应用前景。 1.锌基液流电池发展历程 根据正极活性物质不同,锌基液流电池主要可分为锌铁液流电池、锌溴液流电池、锌碘液流电池、锌镍液流电池、锌空液流电池、锌铈液流电池、锌钒液流电池、锌锰液流电池等。锌基液流电池电解液pH范围广,在酸性至强碱性范围内均有可以工作的锌基液流电池体系,其发展历程如图1所示。 在锌基液流电池体系中,目前进入示范运行阶段的体系主要包括锌溴液流电池和锌铁液流电池。锌溴液流电池正负极活性物质均为溴化锌水溶液,活性物质成本低；隔膜为价格低廉的微孔膜,在成本上具有一定优势。此外,锌溴液流电池与其他锌基液流电池相比具有能量密度高(理论比能量达435 Wh/kg)、电解液不存在交叉污染、电解液易恢复等优势,是目前技术最为成熟的一类锌基液流电池体系。目前,国际上从事锌溴液流电池的研究及工程化开发的机构主要集中在美国、澳大利亚、韩国等国家,主要包括美国EnSync Energy Systems公司(ZBB能源公司)、美国Primus Power公司、澳大利亚Red flow公司、韩国Lotte化学公司。 我国锌溴液流电池产业化开发进程相对较慢，目前国内从事锌溴液流电池产业化开发的机构主要包括安徽美能储能系统有限公司、江苏恒安储能科技有限公司、温州锌时代能源有限公司、华秦储能技术有限公司、中国科学院大连化学物理研究所。已公开报道的锌溴液流电池功率在3~50 kW,储能规模在10~125 kWh(图2)。 低成本、高安全性锌溴液流电池在分布式储能领域具有很好的应用前景。但是,由于络合态溴电对的活性较差,导致锌溴液流电池系统的工作电流密度普遍偏低(20~40 mA/cm2),造成电堆功率密度偏低,电堆体积较大,增加了材料成本,不利于锌溴液流电池系统的集成及成本的降低。此外,由于负极锌沉积面容量受限,导致锌溴液流电池系统整体储能规模不宜过大,这会使系统控制成本等进一步增加。因此,通过提高锌溴液流电池工作电流密度及面容量,可以进一步降低锌溴液流电池系统成本,有利于拓展其应用场景及市场占有率。 除锌溴液流电池之外,碱性锌铁液流电池也是目前较为成熟的一种锌基液流电池储能技术。进行该技术推广的主要有美国的ViZn公司、中国纬景储能科技有限公司、中国科学院大连化学物理研究所。2021年10月,纬景储能与中国电建集团江西省电力建设有限公司在江西上饶合作的200 kW/600 kWh(图3(a))“智慧能源示范项目”成功并网。中国科学院大连化学物理研究所于2017年在碱性锌铁液流电池方面也开展了系列研究工作。通过电池结构优化设计、关键材料创新实现了锌铁液电池在60~260 mA/cm2的工作电流密度范围内运行,提升了锌铁液流电池工作电流密度。通过电解液优化设计,初步解决了锌铁液流电池运行过程中存在的电解液迁移、活性物质浓度偏低、温度适应性较差等关键科学问题,进一步提高了电池可靠性,降低了电池材料成本。2020年9月集成出10 kW级锌铁液流电池储能示范系统(图3(b))投入运行,系统采取并离网相结合的模式,实现谷电峰用、新能源消纳、重要负载不间断供电等用途。锌溴液流电池和锌铁液流电池的产业化开发,将进一步推动用于用户侧储能的锌基液流电池技术的发展,对于推动锌基液流电池可持续发展具有重要意义。 除锌溴液流电池、锌铁液流电池之外,国内外研究者还在锌基液流电池正极活性物质选择方面开展了系列的基础研究工作。德国耶拿大学Schubert及其合作者提出了一种以2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)聚合物为电池正极活性物质的半有机锌基液流电池体系,电池开路电压可达1.7 V,利用渗析膜避免正负极电解液的交叉污染。但该体系运行工作电流密度偏低(最高仅12 mA/cm2),导致电池的功率密度偏低。此外,该体系的能量密度受限于TEMPO聚合物的溶解度(最高能量密度仅为8.1 Wh/L),较低的工作电流密度及活性物质溶解度限制了Zn-TEMPO体系的应用。为进一步提高锌基液流电池电压及能量密度,长沙理工大学Xiang等人[16]提出了一种碱性Zn-Mn液流电池体系,通过提高MnO4–和OH–的浓度来抑制锰歧化副反应的发生,电池开路电压高达1.98 V,这也是水系液流电池中开路电压的较高值。 基于3.92 mol/L NaMnO4活性物质的电池实际能量密度可达97.8 Wh/L。为了进一步提高锌基液流电池的能量密度,美国西北太平洋国家实验室的Li等人提出了锌碘液流电池体系,与锌溴液流电池类似,该体系正负极活性物质均为ZnI2。通过在近中性条件下采用5 mol/L ZnI2作为电池活性物质,电池放电能量密度可达167 Wh/L,远高于一般的液流电池体系。但该体系采用价格昂贵的Nafion膜为电池隔膜,电池工作电流密度仅为10 mA/cm2,不利于该体系的工程化开发。 为了提高锌碘液流电池的工作电流密度,降低电池材料成本,中国科学院大连化学物理研究所Xie等人提出利用廉价的聚烯烃多孔膜($50/m2)替代价格昂贵的Nafion膜,大幅降低了锌碘液流电池成本。此外,聚烯烃多孔膜平均孔径约为0.1μm,具有优异的离子传导能力,可将电池的工作电流密度由10 mA/cm2提高至180 mA/cm2,电池功率密度大幅提高。采用该聚烯烃多孔膜集成的千瓦级电堆,在80 mA/cm2的工作电流密度条件下,连续运行超过300个循环,能量效率稳定在80%,初步验证了该体系规模放大的可行性。目前,研究者在锌基液流电池正极活性物质选择方面做了大量的基础性研究工作,但这些体系目前还处于实验室研发阶段,受限于成本、稳定性等的影响目前还无法进行工程化开发。 2.锌基液流电池共性关键科学问题及改善策略 锌基液流电池充电过程中负极液固相反应的特性决定了其储能容量受限于锌负极面容量,储能规模不宜过大。从锌基液流电池工程化开发和示范应用中也可以看出,其应用领域主要集中在分布式储能领域。虽然锌基液流电池的工程化开发目前已经取得了一定的进展,但其仍然面临一些共性关键科学问题,主要包括:锌枝晶/锌累积、锌沉积面容量受限及电池工作电流密度偏低等。 锌基液流电池普遍存在锌枝晶的问题(图4),这也是影响锌基液流电池循环稳定性的关键问题。电池在充电过程中,负极金属锌的沉积溶解反应主要发生在膜与电极界面处,随着锌沉积层厚度的增加,体相溶液中的活性物质无法及时扩散到电极表面,导致电极表面活性物质浓度匮乏,浓差极化增大,此时锌活性物质更容易扩散至电极表面的凸起处,诱导金属锌的不均匀沉积及枝晶的生长(尖端效应)。锌枝晶的形成容易刺破隔膜导致电池短路失效。由于锌活性物质更容易在电荷密度更高处得到电子发生还原,膜与电极界面处不均匀的电场分布、离子分布及温度分布是导致金属锌不均匀沉积的关键因素。此外,金属锌的不均匀沉积还受到电池运行条件,包括充放电模式、电流密度、电解液流速、锌活性物质浓度、支持电解质种类和浓度等的影响。 锌累积问题主要包括以下三个方面: (1)充电过程中可能会有部分金属锌往膜内沉积,在放电过程中由于离子传导膜的不导电特性,膜内金属锌无法被利用,导致金属锌在隔膜内累积。随着循环数的增加,隔膜内累积锌的量增加,电池内部离子传输阻力增大,电池内阻升高,电池效率逐渐衰减。 (2)电池运行过程中金属锌从电极表面脱落造成的锌累积。这部分“死锌”将无法再次参与电极表面的电化学反应,导致锌活性物质损失,随着“死锌”量的增加,将出现脱落的金属锌将电池管路堵塞的问题,影响电池的可靠性。 (3)对于锌基液流电池电堆而言,还会出现由于单节电池电压一致性差异造成的电堆中某一节或几节电池电极上的锌累积的问题,随着充放电循环的进行,电极上锌累积量逐渐增加,严重时会出现锌枝晶将隔膜刺穿问题,导致电堆中某一节或几节电池失效。锌基液流电池电堆通常以多节单电池串联而成,单节电池的失效,将导致整个电堆无法正常工作。 与全钒液流电池、铁铬液流电池等正负极电化学反应均为液-液型反应的液流电池体系不同,锌基液流电池负极涉及液-固相的电化学反应过程,即负极充电后生成的金属锌将沉积于电极之上,而不是储存于储液罐中,使得锌基液流电池的储能容量受限于锌负极沉积空间的大小。因此,在电堆设计的过程中需对电堆输出功率与储能容量兼顾考虑。此外,储能容量受限还将增加锌基液流电池电堆及系统控制部分的成本。 工作电流密度直接影响电池的功率密度,电池功率密度越高,额定功率下电池体积就越小,对系统而言,所需电堆个数就越少,电池功率密度的提高将降低电池的系统成本。影响液流电池工作电流密度的因素主要有电极(一般为多孔碳毡)的电化学活性、氧化还原电对的动力学特性、电解液的理化性质及隔膜材料的离子传导率等。对于液-液型液流电池体系(表1),通过对电极材料的处理(热处理、酸处理、碱处理)、在电极上担载催化剂、提高电解液电导率等方法可以使电池能够获得较高的工作电流密度。相比之下,虽然锌氧化还原电对具有很高的电化学活性,但锌基液流电池通常在相对较低的电流密度下工作,这主要归因于以下两方面的原因:(1)在高工作电流密度下,负极更容易发生金属锌的不均匀沉积过程,更容易带来锌枝晶问题；(2)与锌负极匹配的正极氧化还原电对如络合态溴等的电化学活性较差。因此,如何调控锌基液流电池在充电过程中金属锌的沉积形貌(特别是在高工作电流密度条件下,金属锌的沉积形貌)以获得均匀致密的锌沉积层,避免锌枝晶对膜造成破坏、提高电池性能,对于提高锌基液流电池工作电流密度,加速其实用化进程具有十分重要的意义。 金属锌的沉积过程主要包括三个步骤:(1)锌活性物质(Zn2+或[Zn(OH)4]2–离子)通过从体相溶液扩散到电极表面；(2)电极表面上发生电荷转移,锌活性物质的电子变为可以在晶体表面自由移动的锌原子；(3)锌原子沿电极表面扩散并与其他原子聚集成核、生长。在锌沉积的整个过程中,电解液的性质主要影响离子在溶液中的传质扩散过程、锌活性物质的溶剂化结构、电极/电解液界面离子分布等；电极作为锌沉积的场所,其性质会影响锌沉积/溶解反应速率的快慢,其表面均匀的电场分布、离子分布有助于锌的均匀沉积。此外,由于锌沉积反应主要发生在隔膜/电极界面处,离子传导膜的结构和性质也会影响锌的沉积/溶解过程。 针对金属锌的沉积过程,研究人员开展了诸多的研究工作,其主要目的是通过调节锌的沉积速率,诱导锌的定向沉积,从而最大限度地减少锌枝晶问题带来的不利影响。通过在电解液中引入添加剂,利用添加剂的“静电屏蔽”效应来抑制锌枝晶的形成是一种常用的方法(图5)。这些添加剂主要包括NH4+[50]、Li+[51]、Y3+[52]、Ce3+[53]、π-π堆积咪唑阳离子[54]、甘油[55]、十六烷基三甲基溴化铵[56]等。 充电过程中,添加剂会吸附在局部电场较强的电极突起或初始生长的锌尖端上,形成静电屏蔽层,减少锌离子在电极凸起附近聚集或阻碍锌尖端继续生长。同时,“静电屏蔽”效应还会迫使锌离子转移到电流密度更低、更为平坦的位置发生沉积,从而在充电过程中诱导锌的均匀沉积。除了通过利用“静电屏蔽”效应来改善锌的不均匀沉积问题外,一些有机分子添加剂通过部分替代锌离子溶剂化层中的水分子,改变锌离子的溶剂化结构,调控锌离子配位环境,进而抑制锌枝晶生长。例如乙二醇(EG)[57]、苯酚磺酸锌和四丁基对甲苯磺酸铵等[58].以EG为例,向电解液中添加EG后,EG会取代溶剂化锌离子[Zn(H2O)6]2+中的部分水分子,形成[Zn(H2O)m(EG)n]2+结构,新的配位结构会增加锌离子的脱溶剂化能,同时其较大的尺寸具有锌离子扩散的空间位阻效应,使锌离子沉积时成核过电位提高,沉积产物晶粒细化,枝晶生长过程得到抑制。 电极作为锌沉积/溶解反应发生的场所,其性质和结构也会影响锌的沉积过程。因此,通过对电极材料改性修饰,也可以达到改善锌枝晶问题的目的(图6)。Zeng等人[59]通过在碳布中引入碳纳米管作为锌沉积/溶解的三维骨架结构,降低锌成核过电位,同时使电极表面电场分布更加均匀,有效抑制了锌枝晶的生长。Yin等人采用磁控溅射技术,将金属锡镀在碳毡表面,利用金属锡对锌原子的吸附能力比碳强,提供了更具“亲锌性”的成核位点,有效降低了锌沉积过电位,诱导了锌的均匀沉积,缓解了锌枝晶的生长。Lu等人[61]开发了富氮缺陷的多功能碳毡电极,这种富氮缺陷的碳毡电极具有较低的锌原子吸附能垒,可以为锌离子提供更多的沉积位点,诱导锌的均匀沉积。 金属锌的沉积过程主要发生在电极与隔膜的界面处,隔膜的性质和结构也会影响锌的沉积/溶解过程,因此,可以通过对隔膜优化设计来改善锌枝晶、锌累积的问题(图7)。 Wu等人[62]利用聚苯并咪唑(PBI)与金属的配位作用,制备出一种表面具有有序波动条纹(图灵结构)的图灵膜,利用膜表面条纹的波峰和波谷调节[Zn(OH)4]2−离子的分布；同时膜表面配位的铜离子与[Zn(OH)4]2−离子相互作用,进一步诱导锌的均匀沉积。 Li等人[63]在Janus膜上构筑具有高比表面积的多孔三维垂直氧化石墨烯层,将其面向V2O5//Zn电池负极侧。这种石墨烯导电网络能有效地均匀电场分布,并降低电极表面的局部电流密度,从而诱导锌的均匀沉积。 Hu等人[64]研究了多孔基膜表面氮化硼纳米片(BNNSs)对锌沉积形貌及锌铁液流电池性能的影响。BNNSs具有高机械强度和优异的导热性,能够实现电极表面温度的均匀分布,从而实现均匀的电化学反应过程；同时,BNNSs高机械强度还能抵抗金属锌对膜表面造成的机械破坏。两者的协同作用可将锌铁液流电池的工作电流密度提高至200 mA/cm2,电池连续稳定运行近200循环性能保持稳定。 Liang课题组[65]通过静电纺丝方法制备超薄三维聚丙烯腈(PAN)纳米纤维隔膜,利用PAN上氰基与锌离子之间的N–Zn键引导锌离子有序迁移,实现了锌负极表面电场的均匀分布,调控锌离子的成核和生长。 Xu课题组采用一步相转化-表面偏析法对疏水性MFI型沸石分子筛纳米片在膜层中的排布取向进行调控,制备具有鱼鳞状表面结构的多孔复合膜。疏水性纳米片的引入降低了多孔复合膜表面的亲水性,降低活性离子与隔膜的吸附能,加快锌离子向电极表面的扩散,有效调节锌沉积行为,进而改善了锌枝晶问题。尽管通过隔膜结构设计调控膜与电极界面处热、质传递过程可以调控金属锌的沉积过程、改善锌枝晶的问题,但这些研究目前多处于实验室研究阶段,距离实际应用仍存在诸多挑战,如具有锌沉积过程调控能力的功能膜的大面积制备、大面积制备过程中膜材料的均一性等挑战,不利于锌基液流电池的工程化开发,也不利于锌基液流电池,特别是电堆可靠性的提高。 3.锌基液流电池的个性问题 除上述共性问题之外,不同体系的锌基液流电池还面临一些个性问题。对于锌溴液流电池而言,主要包括:(1)溴的强腐蚀性对电池材料(电极框、储液罐、密封垫)的要求很高,这会增加体系的材料成本；(2)络合态溴电对的电化学活性较差,无法获得较高的工作电流密度,导致电池功率密度偏低；(3)由于溴的挥发性较强,其会透过隔膜与负极的锌直接反应造成电池的自放电,影响电池效率和容量。 对于溴的腐蚀性及自放电的问题,目前的解决策略是在电解液中加入溴的络合剂,溴络合后形成的络合态多溴化物的密度大于电解液密度,会沉降于储液罐的底部,使电解液中溴单质浓度降低,进而降低溴单质的饱和蒸汽压。目前,锌溴液流电池中溴的络合剂主要为季铵盐类物质,包括N-甲基-N-乙基吗啉溴化物(N-methyl-N-ethyl-marlin bromide,MEM)和N-甲基-N-乙基吡咯烷溴化物(N-methylN-ethyl-pyrrolidinium bromide,MEP)等。此外,研究者还报道了一些新型络合剂在锌溴液流电池中的应用,通过采用新型络合剂,进一步提高络合态多溴化物的稳定性,提高电池的工作温度范围。 为进一步抑制溴的扩散,降低电池自放电率,可以将溴络合为电化学可逆的固相络合物,通过固相固溴的方法进一步抑制溴的扩散问题。但是,这类络合剂由于正极的液固相反应,使电池极化进一步增大,电池工作电流密度偏低。为了提高锌溴液流电池的工作电流密度,Wang等人[72]开发了一种具有双峰有序介孔结构的高活性碳材料,将锌溴液流电池工作电流密度由20 mA/cm2提高至80 mA/cm2,电池能量效率仍然保持在80%以上,这也是当时报道的最高值。高活性正极材料及新型络合剂的设计开发是锌溴液流电池性能提升的重要方向。 对于碱性锌铁液流电池而言,一方面正极电解液中活性物质浓度偏低,导致电池能量密度偏低,系统体积占地较大；另一方面,与传统液流电池中水和活性物质都会迁移不同,碱性锌铁液流电池电解液中主要存在水迁移的问题,进而导致电解液体积失衡,影响电池运行稳定性。针对碱性锌铁液流电池正极活性物质浓度偏低的问题,Jia课题组[73]提出了通过“异离子效应”来提高正电解液中活性物质浓度的方法,通过改变支持电解质,提高K4Fe(CN)6在溶液中的吸附能,降低电解液中K4Fe(CN)6晶格能,在室温下将亚铁氰根的最大浓度从0.76 mol/L提高到1.46 mol/L,对应的电池能量密度提高至73.64 Wh/L(正极单侧)。 然而,由于碱性锌铁液流电池正极活性物质浓度对温度十分敏感,当温度降低(低于室温)时,正极活性物质溶解度急剧下降,导致正极活性物质析出,电池稳定性下降。因此,当提高正极活性物质浓度并维持电池稳定运行时,需要为电池提供较高的运行环境温度。在实际应用或示范系统中,为保证正极活性物质的稳定性,通常需要维持电解液或系统温度在室温或者以上温度。这一特性一方面会使其在实际应用过程中的场景受到限制,另一方面会增加系统的复杂度和成本(引入温控系统)。 此外,正极活性物质浓度的提高会进一步加剧负极电解液中的水迁移至正极电解液中.离子强度差、浓度梯度、电场一直被认为是水跨膜运输的关键因素,Liu等人[74]通过实验证实了碱性锌铁液流电池中水迁移是离子强度差、浓度梯度、电场协同作用的结果。通过在负极电解液中加入添加剂(Na2SO4、K4Fe(CN)6等)可有效改善电解液迁移问题。Zhi等人[75]通过在负极电解液中引入添加剂四羟乙基乙二胺(THEED),改变锌盐活性物质结构,不仅可以使锌沉积过程变得更加均匀,还可有效抑制电解液迁移问题。 电解液添加剂主要是通过提高负极电解液的离子强度和离子浓度,减小正负极电解液的离子强度及离子浓度差,从而缓解锌铁液流电池电解液存在的水迁移的问题。但电解液迁移问题改善的同时,也要考虑添加剂的引入对电池效率及循环稳定性的影响。对于其他锌基液流电池体系,其正极活性物质或存在动力学较差、面容量偏低(如Ni(OH)2/NiOOH、Mn2+/MnO2氧化还原电对)、或存在金属离子水解(Fe2+/Fe3+)等问题,对其走向实际应用提出了更多的挑战。 目前,锌基液流电池种类繁多,其面临的关键问题也各不相同。因此,在确立每一类锌基液流电池的研发或投资之初,应对其在应用领域的可行性、可实现性、可应用性做出研判,并在研发或投资初期提出明确的目标导向,以确保技术的可行性,避免资源浪费。 4.结论和展望 锌基液流电池因其具有安全性好、成本低、能量密度高等优势,在用户侧储能、分布式储能等领域具有很好的应用前景。锌基液流电池体系中的锌溴液流电池、锌铁液流电池目前处在示范运行阶段,在锌枝晶、锌累积、面容量受限、工作电流密度低等共性问题上也得到了初步解决。未来还需加大锌基液流电池的研发力度,积极开展产学研合作,通过技术进步进一步提高锌基液流电池面容量、工作电流密度,降低锌基液流电池系统成本,推动锌基液流电池规模化、智能化生产,扩大锌基液流电池示范项目的规模与数量,丰富锌基液流电池的应用场景,明确锌基液流电池最佳商业化运行模式,加速推进锌基液流电池产业化进程。通过产、学、研、用各方的共同努力,推动锌基液流电池的实用化进程,为构建以新能源为主体的新型电力系统提供技术支撑。
来源：《科学通报》
吉林：铅炭电池研发应用取得突破
入夏以来我国多地气温攀升，用电高峰期的到来使新能源储能需求相应增加。近日，拥有“巨型充电宝”之称的铅炭电池研发与应用取得进一步突破，助力提升可再生能源储能技术。 记者了解到，在吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室白城电化学储能研发基地（下称“基地”），科研人员正在进行铅炭电池样品的充放电测试，基地正通过铅炭电池及其关键材料的研发和产业化，助力提升我国可再生能源储能技术。 作为新型储能装备的铅炭电池储能系统，可被看作是“巨型充电宝”，可通过日常储电、用电高峰期放电的方式，削峰填谷，缓解用电压力，稳定电网运行。“新能源电力具有较强的反调峰特性。”国家电网长春供电公司发展策划部副主任姜超说。 “相比锂离子电池，铅炭电池具有高性价比、高可靠性、高循环利用率等优势，应用场景多样，能满足新型电力系统对优质储能产品的需求。”基地负责人、吉林大学化学学院教授林海波说。 作为“巨型充电宝”的铅炭电池，可看作是“升级版”的铅酸电池，负极添加碳材料后，改善了铅炭电池的循环充放电能力。林海波告诉记者，基地科研人员在实验中发现，将由稻壳制成的碳添加剂加入到电池中，不仅能提升电池容量，还能延长电池循环寿命，综合提高电池性能。 能源行业相关专家表示，铅炭电池拥有高安全性、高回收利用率、高性价比等特性，未来在风光发电储能、新能源汽车、电动车等行业拥有广阔发展前景。林海波分析指出，当前的主要工作，是深入转化研究成果，即加快以稻壳为原料的碳基添加剂的产业化。 吉电能谷（白城）储能有限公司工程总监王长青表示，当前，计划总投资100亿元的吉电能谷铅炭电池生产及废旧铅蓄电池综合利用项目正在推进，项目建成后，公司铅炭电池年产预计可达8500万kVAh，一年可处理60万吨废旧铅蓄电池。 当前，我国能源领域正发生诸多变革，行业专家表示，随着风、光等可再生能源的广泛普及和“双碳”目标的推进，新型储能产业正成为全球能源行业的新赛道。
来源：经济参考报
工信部：引导锂离子电池企业减少单纯扩大产能的制造项目
中国工信部19日对外发布修订后的《锂离子电池行业规范条件》(以下简称《条件》)，提出引导企业减少单纯扩大产能的制造项目。 据中国工信部官网，为进一步加强锂离子电池行业规范管理，推动产业高质量发展，根据行业发展变化、技术升级趋势和有关工作部署，工信部对《锂离子电池行业规范条件》和《锂离子电池行业规范公告管理办法》进行了修订。《锂离子电池行业规范条件》是鼓励和引导行业技术进步和规范发展的引导性文件，不具有行政审批的前置性和强制性。 《条件》指出，引导企业减少单纯扩大产能的制造项目，加强技术创新、提高产品质量、降低生产成本。在规划确定的永久基本农田、生态保护红线，以及国家法律法规、规章规定禁止建设工业企业的区域不得建设锂离子电池及配套项目。上述区域内的现有企业应按照法律法规要求关闭拆除，或严格控制规模、逐步迁出。 《条件》提出了锂离子电池企业应具备的条件，其中包括锂离子电池企业每年用于研发及工艺改进的费用不低于主营业务收入的3%，鼓励企业取得省级以上独立研发机构、工程实验室、技术中心或高新技术企业资质；申报时上一年度实际产量不低于同年实际产能的50%等。
来源：刘育英
188Wh/kg！2.2C快充！蜂巢能源第二代短刀快充铁锂电池下线
在业内率先量产交付188Wh/kg磷酸铁锂高能量密度电芯，且兼具2.2-3C快充性能，可以看出，蜂巢能源已率先开启“高能+快充”市场卡位战。蜂巢能源CEO杨红新 图片来源：蜂巢能源 据乘联会数据统计，5月份我国新能源汽车市场渗透率高达47%，逼近50%大关，燃油车的市场地位开始动摇。随着新能源汽车渗透率进一步提升，“高能+快充”正在成为电动车主的核心诉求，谁能率先实现产品量产装车，也正成为电池企业在技术研发、制造能力等维度实力较量的直接体现。 日前，蜂巢能源CEO杨红新第一视角介绍了蜂巢能源第二代短刀电池产线，为大家揭秘飞叠+第二代短刀电池背后的制造和技术实力。此前，杨红新在社交媒体透露，蜂巢能源第二代短刀电芯依托“飞叠+快充”黄金组合，采用自主研发的第三代磷酸铁锂正极材料，能量密度达到188Wh/kg，且兼顾2.2C快充性能，峰值可以做到3C以上，使充电时间缩短到15分钟，实现了“高能量密度+快充”的完美组合。 据了解，蜂巢能源第二代短刀铁锂电芯已正式量产并大批量交付给客户，具备更长的续航里程、更好的快充性能、更低的成本，给消费者带来更好的使用体验。 在业内率先量产交付188Wh/kg磷酸铁锂高能量密度电芯，且兼具2.2-3C快充性能，可以看出，蜂巢能源已率先开启“高能+快充”市场卡位战。为什么飞叠更适合短刀电芯 随着短刀+叠片技术路线得到行业内的认可，中创新航、国轩高科、吉利、广汽等均开始布局短刀+叠片产线。作为叠片技术引领者，蜂巢能源经过2年深耕，历史性地推出了叠片3.0—飞叠，解决了长期以来叠片效率低、良率低的难题。作为短刀电芯的最佳搭档，杨红新认为飞叠主要在以下几点占据优势： 1、短刀快充电芯需要使用薄电极技术，相同电芯尺寸下，采用薄电极需要叠片层数更多，如果采用传统的叠片技术生产效率较低，飞叠工艺显著提升了叠片效率，更适合薄电极快充设计； 2、内阻是实现快充的重要因素，内阻越低，快充性能越好。飞叠技术采用多极耳并联结构，相比卷绕电芯内阻降低7%，同工况下快充温升下降2-3℃，有效提升了快充性能； 3、飞叠工艺极片更平整，相比卷绕两侧受力及散热一致性更好，有利于电芯能量密度、循环寿命及快充能力提升； 4、飞叠工艺特有的隔膜封边技术可增加2%电解液储液空间，快充电芯电解液消耗快，增加储液空间有助于快充电芯实现长循环寿命。材料创新引领磷酸铁锂能量新高度 磷酸铁锂以其经济性、安全性已经成为市场的主流产品。数据显示，今年1-4月，我国动力电池累计装车量120.6GWh。其中磷酸铁锂电池累计装车量79.8GWh，占总装车量66.1%。但值得注意的是，磷酸铁锂相较于三元电池，能量密度一直是软肋，目前市场主流磷酸铁锂电池能量密度在140Wh/kg－160Wh/kg。 基于材料和叠片工艺创新，蜂巢能源第一代磷酸铁锂短刀电芯能量密度就达到175Wh/kg，公司近期量产交付的第二代短刀铁锂电芯，能量密度较第一代提升10%，达到188Wh/kg，处于行业第一梯队。 提升电池性能，材料层面的创新是基石，更是关键。据介绍，蜂巢能源第二代短刀电芯在正极、负极、电解液、隔膜等材料层面均实现了迭代创新，实现了超高能量和快充的完美结合。工艺制造创锻造短刀电池极致良率 飞叠+快充的短刀黄金组合，背后是蜂巢能源工艺、设备领域的创新支持。 据杨红新介绍，当前蜂巢能源第二代短刀电池主要在蜂巢能源江西上饶基地第三代电芯产线生产，该产线集聚了蜂巢能源在工艺优化创新、设备开发、智能化集成等多个领域的创新成果。 在涂布设备应用上，蜂巢能源第二代短刀电池正极涂幅宽度达到1120mm，是目前全球单体宽幅涂布宽幅最宽的电极之一，代表着行业最领先水平。 极卷运输过程采用AGV自动上下料，效率更高，减少人员与极卷接触，减少人工运输可能出现的异物以及磕碰导致品质受损，保证极卷高品质传送至每个环节。 在叠片环节，蜂巢能源应用了自主研发的行业最高效率叠片工艺和设备。以生产第二代短刀电池的上饶基地为例，该工厂应用了20台自主研发的第三代飞叠设备，对应4条电芯产线，相较于第二代的叠片工艺，设备使用量减少约50%，效率大幅提升。同时，在飞叠热复合环节，从上卷到飞切，全部过程已经实现连续自动化。 同时，蜂巢能源第三代飞叠技术，集成了CCD在线检测，每台飞叠设备有65台CCD相机，可实现100%检测极片尺寸不良情况，实现每一片全检，良率达到了99.9%。 在飞叠最关键的叠片工位，蜂巢能源先进产线可通过8个机器手一次性抓取到叠片工位，和另外一侧的正极片叠到一起，实现了一次可以生产8个极组、8颗电芯，使电芯的制造从一颗一颗，变成了一批一批，除了效率更高，生产一致性也更好。值得一提的是，在生产过程中，极组全部实现在线做短路测试，如果有短路不良可直接剔除。此外，在每一个极组上都有一个二维码，可做到100%逆向追溯。高集成设计，前瞻布局CTB、CTC等整车一体化技术 为提升整车性能、降低成本，电池车身一体化逐渐成为电池和整车开发的技术趋势。 为适应下一代汽车集成设计理念，蜂巢能源在第二代短刀电池产品开发上，已经开始融入CTB设计。该设计路线技术目前在国内处于领先水平，可以实现整车少件化，从整车层面减少零部件数量、降低成本，提高整车集成度。技术创新带来装机量持续上升 据权威机构统计，1-4月蜂巢能源装机量位列全国第六，其中三元、PHEV电池装机量位列全国第三。出口方面蜂巢能源势头更为强劲，据杨红新微博内容显示，1-5月蜂巢能源海外累计出货37457台车用电池包，占全部出货量的25%。随着快充短刀电芯的大批量量产，结合市场对于高品质快充电芯大规模需求，蜂巢能源装机量将迎来进一步上升。
来源：我的电池网
电池企业开启大容量储能电芯竞赛
6月13日，上海国家会展中心展会开幕首日，三家国内头部锂电池生产商就竞相发布了大容量的储能电芯新品。欣旺达(300207.SZ)旗下的欣旺达动力发布了名为“欣岳”的储能电芯，容量为625 Ah(安时)。瑞浦兰钧(00666.HK)和楚能新能源所发布的储能电芯同样将容量设定为625 Ah。 电芯是储能系统的核心部件，主要用于储存电能并在需要时释放。Ah是电芯的容量单位，代表其可以存储多少电量。 按照容量不同，储能电芯可划分为三代产品，第一代为280 Ah，第二代为300 Ah以上的储能电芯，以314 Ah容量为代表。 去年，随着数十家电池厂商推出容量在300 Ah以上的储能电芯，储能电芯从280 Ah向300 Ah的迭代正式启动。 在上述两代储能电芯的基础上，以亿纬锂能为代表的电池厂商开始发布500 Ah乃至600 Ah以上的第三代储能电芯，容量相较于第二代产品增加了近一倍。 电池厂商做大储能电芯容量的驱动力，在于通过降本优势吸引下游客户。采用更大容量的电芯后，储能系统所使用的电芯数量和零部件数量将因此减少，降低了其整体造价。 亿纬锂能就宣称，相比于采用280 Ah储能电芯，其560 Ah电芯可实现储能系统集成应用降本10%。这款大容量储能电芯在2022年底发布；今年1月，亿纬锂能将储能电芯的容量进一步升级为628 Ah。去年12月，另一家头部储能电池厂商海辰储能发布了容量达到1130 Ah的储能电芯，是目前已发布的最大容量储能电芯。 包括蜂巢能源、南都电源在内的电池企业，也在今年4月发布了500 Ah以上的储能电芯，分别为730 Ah和690 Ah。 储能电芯容量的迭代，也意味着进一步推高储能系统的容量。314 Ah电芯通常配套的是5 MWh储能系统；625 Ah的储能电芯，则将储能系统的容量提升30%，达到6.5 MWh。 在储能电芯和系统容量逐步提升的同时，围绕其安全性的争议也同时出现。 中科院院士欧阳明高去年曾公开指出，容量超过300 Ah的磷酸铁锂储能电芯在本征安全方面存在隐患，大容量磷酸铁锂电池热失控产生的氢气比例升高，燃爆指数是三元电池的两倍。 按照正极材料划分，磷酸铁锂和三元电池是锂电池的两大类型，储能电芯主要采用磷酸铁锂电池。 宁德时代(300750.SZ)储能事业部CTO许金梅也曾表示，各大厂商目前在电芯容量的提升方面竞相追逐，电芯容量的提升带来了单舱更大的能量密度，但是也随之对储能系统的安全性带来了更高的挑战，要求厂商在尺寸限制、容量追求和安全保障三方面达到平衡。 宁德时代今年推出的天恒储能系统，其所搭载的储能电芯容量也在500 Ah以上。 欣旺达动力储能事业部副总经理陈涛认为，磷酸铁锂储能电芯的容量增大之后，确实会提高热失控的风险，但可以通过技术手段减少大容量储能电芯的安全风险。比如采取热电分离技术，将电气空间和热失控排气空间完全隔离，使得在一款电芯突发热失控的情况下，避免传导至邻近电芯。 大容量储能电芯的安全争议，还有待其大规模量产交付后的检验。截至目前，500 Ah以上的储能电芯仅有小批量装机应用，尚未在储能行业实现批量应用。 陈涛告诉界面新闻记者，预计500 Ah以上的储能电芯明年将在行业内开启初步应用，并有望在2026年快速上量，未来一段时间储能市场将呈现三代电芯共存的局面。 根据各家电池企业公布的信息，第三代储能电芯的量产时间主要集中在今年下半年以后。 亿纬锂能此前已宣布，将在今年四季度实现628 Ah储能大电芯量产，欣旺达动力625 Ah储能大电芯的量产时间则定于2025年。 陈涛认为，大容量储能电芯的制造过程面临非常大的挑战。即使一些电池厂商有能力生产，但如果产品良率不高，盈利空间就会很小。在他看来，储能电芯向更大容量迭代的过程中，势必会淘汰一些竞争能力不强的电池企业。 目前已发布大容量储能电芯的电池厂商在十家左右，这一赛道正在吸引更多企业布局。SNEC大会期间，天合储能总裁孙伟就表示，该公司也计划在今年发布500 Ah以上的储能电芯。 陈涛告诉界面新闻记者，未来两年左右，500 Ah以上储能电芯的研发量产对于储能电池企业而言将是一个非常大的挑战，也会成为欣旺达动力在储能领域的关注焦点。
来源：界面新闻
