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国润储能申请一种全钒液流电池电解液添加剂专利，实现更高的电解效率
国家知识产权局信息显示，山西国润储能科技有限公司申请一项名为“一种全钒液流电池电解液添加剂”的专利，公开号CN 119092768 A，申请日期为2024年8月。 专利摘要显示，本发明涉及电化学能量存储技术领域，公开了一种全钒液流电池电解液添加剂，所述添加剂包括如下按重量百分比计的组分：改性冠醚80～90％，所述改性冠醚包括基础18‑冠‑6醚并引入疏水侧链和功能性基团；石墨烯复合材料10～20％，其中石墨烯通过硅烷偶联剂进行表面改性；所述疏水侧链选自烷基链，所述功能性基团选自氨基与羧基；所述烷基溴化物选自C10～C18的烷基链，以引入疏水侧链；所述石墨烯复合材料包括未经改性的石墨烯与改性石墨烯的混合物。本发明的全钒液流电池电解液添加剂实现了更高的电解效率、更低的内阻、更稳定的充放电循环及更长的电池使用寿命。
来源：金融界
国家能源集团自研全钒液流电池电堆通过权威检测
12月1日，由国家能源集团低碳院自主开发并成功下线的首台42千瓦全钒液流电池电堆收到北京鉴衡认证中心权威检测报告。报告显示，该电堆产品多项指标优于行业标准，在42千瓦恒功率条件下，额定能量效率可达81.90%。 全钒液流电池因其安全性高、寿命长、功率和容量可灵活设计等特点，是大规模长时电化学储能的首选技术。随着可再生能源的大规模接入和智能电网的发展需求日益增长，全钒液流电池在大规模储能领域具有广阔的应用前景。 低碳院聚焦提升新能源消纳能力和火电灵活性、推进煤化工产业低碳化发展，推进全钒液流电池高功率密度电堆研发从实验室组装迈进产线制造，本次研发的42千瓦全钒液流电池电堆采用新型组件一体化封装技术简化装配工艺，显著提升电堆的可靠性与可制造性。通过将电极框的制造工艺升级为模具注塑工艺，电堆材料成本降低50%，并实现电流密度180mA·cm-2条件下，能量效率≥80%。 据了解，围绕全钒液流电池电堆研发，低碳院已先后完成15千瓦、32千瓦和42千瓦电堆样机的研制，形成了材料开发-结构设计-装配工艺-测试验证的全流程电堆技术，2023年在博鳌论坛新闻中心光储直柔系统中接入60千瓦/240千瓦时储能系统，实现新能源绿电就地消纳和削峰填谷等功能。近期，围绕液流电池电堆和系统的相关技术已应用于山东蓬莱电厂2兆瓦/8兆瓦时全钒液流电池储能电站，为探索电力现货市场条件下复合储能电站智能调控提供支撑。
来源：中国能源新闻网
索通发展联合北京化工大学联合研发5kW级铁系液流电池电堆项目实现80%以上能量效率
近日，索通新动能科技与北京化工大学程元徽教授团队合作研发的5kW级铁系液流电池电堆项目取得了新的进展，实现80%以上的能量效率。液流电池结构示意图 自2024年6月组装完毕并投入测试以来，研发团队利用工业级大宗原料和成熟的工艺宏量制备了铁系电解液，经过数百个充放电循环，测试了电堆能量效率。测试结果显示，在不同输出功率下的，该电堆能量效率在80%左右，达到实用水平，表明电解液制备技术、电堆设计与集成技术实现了从数百瓦到数千瓦的放大，打通了铁系液流电池技术产业化的关键环节。 2024年11月29日，在国家能源局统筹组织下，《全国统一电力市场发展规划蓝皮书》（以下简称《蓝皮书》）发布，蓝皮书提到“2025年前，新能源市场化消纳占比超过50%；2029年前，实现新能源全面参与市场”。索通新动能2023年8月与北京化工大学签署了《技术开发(委托)合同》，双方共同研发新一代低成本铁系液流储能电池。铁系液流电池具备低成本及高安全的特性，未来有望为新能源的消纳和参与市场化交易提供重要支撑。
来源：索通发展
开封时代“70KW级高功率密度全钒液流电池单体电堆及其储能系统设计开发”项目列入省科技研发计划
近日，河南省财政厅、河南省科学技术厅联合发布最新一批省科技研发计划联合基金（产业类）项目经费预算通知，开封市共有8个项目入选，共获资金支持940万元，其中，企业项目4个，资金支持860万元，顺河区2个，共获资金支持550万元，占全市的58%。 河南省科技研发计划联合基金是省委、省政府贯彻落实科研经费管理改革精神，充分发挥省、市财政职能，构建区域科技创新投入的新机制。顺河区主动出击，主要领导亲自挂帅，积极创新基金设立模式，通过省、市、区三级联动，共同出资6000万，设立开封市先进储能材料科技研发联合基金，重点围绕储能产业领域开展基础和应用研究，聚焦解决储能产业关键核心技术研发和和转化，构建创新团队人才引育新通道，实现“一县（区）一产，双链融合、创新提质”。 此次顺河区获得储能基金支持的两个重点项目分别为开封仪表有限公司报送的“新型高端浆液型电磁流量计的研发”项目，经费支持300万元，本次下达240万；开封时代新能源科技有限公司报送的“70KW级高功率密度全钒液流电池单体电堆及其储能系统的设计开发”项目，经费支持250万元，本次下达200万，该项目资金已全部直达项目承担企业。 下步，河南省储能基金还将下达顺河区2个重大科技项目，支持资金2000万元，顺河区将按照《河南省省级科技研发计划联合基金管理暂行办法》等制度要求，加强资金管理，确保项目资金单独核算，专款专用，全面完成技术合同要求。同时，积极组织相关企业凝练2025年储能基金项目储备。
来源：顺河科工
固态电池关键材料体系发展研究
一、前言 先进电池技术是推动设备智能化、能源清洁化、交通电动化的重要基础，也是实现我国“双碳”战略目标的关键支撑[1,2]。目前，我国依托液态锂离子电池，已构建了全球领先的新能源汽车产业体系，但现有的锂离子电池采用了易燃的液态电解质，难以同时满足电动汽车、储能、电动航空、智能终端等行业对高能量密度、高安全性、长寿命和低成本锂电池的迫切需求[3]。高比能、高安全性和长寿命的固态电池被全球公认为是取代现有锂离子电池的颠覆性技术之一[4,5]。近年来，固态电池材料研究热潮已在学术界和产业界兴起，被视为先进电池材料的未来发展趋势，是实现高性能下一代电池的重要途径。 目前，全球主要国家均在加快布局固态电池的研发和产业化。美国、欧洲、日本、韩国均提出了与固态电池相关的发展规划和战略布局，将其作为强化自身电池技术、抢占未来国际电池市场的重要突破点[6]。全球各大电池和汽车企业相继发布了固态电池产品启用时间，以固态电池为代表的新型电池正在重构国际电池及能源市场竞争格局。我国对固态电池的基础研究在世界范围内起步较早，但在关键科学技术、关键原材料、工艺装备等方面的瓶颈和短板较为突出[2,7]。 为加快适应国际电池材料体系发展的新趋势和日益激烈的国际电池市场竞争新格局，本文对国内外固态电池关键材料领域的技术研究和产业发展状况进行综合调研，厘清国内外固态电池关键材料技术体系、产业体系和支撑体系的发展现状，总结我国固态电池发展面临的主要问题及挑战，并针对性提出我国固态电池材料体系自立自强发展战略及相关措施建议，以期为推动我国固态电池关键材料体系构建和实现固态电池技术不断发展提供参考。 二、国内外固态电池关键材料技术体系 （一）国际固态电池关键材料技术体系发展历程 锂电池根据电解质的不同，可以分成液态锂离子电池、混合固液电池（半固态或准固态）、全固态电池3类。其中，混合固液电池使用固态电解质部分取代液态电解液；而全固态电池使用固态电解质取代电解液，电池中完全不含液体[6]。通常意义上，固态电池泛指混合固液电池和全固态电池，此二类电池均涵盖在本研究所探讨的固态电池关键材料技术体系之中。固态电池关键材料主要包括固态电解质材料、正极材料、负极材料及相关辅材。 1. 固态电解质材料 固体电解质特指具有良好离子传输性能的锂离子导体。固态电解质不挥发、一般不可燃、具有较宽的工作温区和电化学窗口，因此具备更优异的安全特性，可适配更高能量密度的正负极材料体系。 固态电解质材料是固态电池的核心部件，其进展直接影响全固态电池的发展进程。依照材料类型，固态电解质主要包括氧化物、硫化物、卤化物、聚合物和复合固态电解质（聚合物+无机物）等。 聚合物固态电解质于 20 世纪 70 年代发现，具有良好的柔顺性、成膜性、粘弹性和较轻的质量。 1973年，研究人员首次揭示了聚环氧乙烷在掺杂碱金属盐后可以形成络合物[8]，随后，发现了这种络合物具有高离子电导率[9]。1979年，此类材料开始应用于金属锂固态电池，自此开启了固态聚合物锂电池研究的热潮[10]。之后，Bollore公司成功将聚合物固态电池商业化，其工作温度为 80 ℃，成为电动交通工具中第一个商业化的固态电池类型。目前，聚合物电解质常用的基体材料包括聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯等。开发高电压复合型多层聚合物固体电解质、室温聚合物电解质是当前的研究热点和重要目标。 无机固态电解质具有较高的离子电导率和机械强度。目前，按照化学成分划分，无机固态电解质主要包括氧化物、硫化物、卤化物等。按晶体形态划分，又可分为晶态电解质和非晶态电解质。其中，晶态电解质主要包括钙钛矿型、反钙钛矿型、钠快离子导体（NASICON）型、榴石型等；非晶态电解质主要包括非晶氧化物和非晶态硫化物等。Li3N是最早研究的无机固态电解质，但由于电导率存在各向异性，分解电压较低，限制了其在固态电池中的应用。1976年，研究人员发现了NASICON型电解质[11]，随后发现了对应的锂快离子导体（LISICON）型电解质，两者均具有较高的离子电导率。目前，磷酸钛铝锂（LATP）和磷酸锗铝锂（LAGP）[(Li1+xAlxM2-x(PO4)3(M=Ti, Ge)]两种固态电解质材料已获得广泛研究，具有较好的应用前景。 1993 年，通过磁控溅射制备了 LiPON（LixPOyNz）薄膜，与金属锂和氧化物正极有良好的兼容性[12]；同年，Li0.34La0.5TiO3钙钛矿型电解质被发现[13]，其室温体离子电导率高达1.5×10-3 S/cm。2004年，研究人员发现了 Gernet 结构固态电解质 Li7La3Zr2O12，其具有较高的离子电导率和较宽的电化学窗口[14]。 综合而言，氧化物电解质的化学稳定性和热稳定性较好，但兼具高离子电导率、宽电化学窗口、低成本特性的材料仍在开发之中。硫化物电解质具有极高的离子电导率，如 2011 年发现的硫化物Li10GeP2S12具备与液态电解质同等水平的室温离子电导率[15]；然而，硫化物电解质的化学稳定性和空气稳定性较差，较难规模化生产且与电极材料间存在较大的界面阻抗，限制了广泛应用。卤化物电解质的室温离子电导率较高，与氧化物正极界面稳定性好，但存在与金属锂负极界面稳定性差或电化学窗口较窄等短板。目前，固态电解质材料普遍面临的挑战是内阻和与电极界面接触的电阻都较高，因此，开发具有高电导率、低界面电阻的固态电解质材料，推动电极/ 电解质界面修饰和改性研究是提高固态电池整体性能的关键。 2. 正极材料 正极材料是制约电池能量密度提升的重要因素。目前开发的锂电池主要以正极材料作为锂源，成本约占电池材料总成本的30%以上。普遍用于固态电池研究的正极材料除 LiCoO2、三元材料、LiFePO4等以外，高镍层状氧化物、富锂锰基、高电压镍锰尖晶石等材料也在不断研发之中。 1981 年，层状 LiCoO2被发现可以用作锂电池正极材料[16]，成为第一代商业化的锂电池正极材料。随后，研究人员通过掺杂、包覆等改性方法，推动耐高电压的LiCoO2材料取得长足发展。目前，基于LiCoO2正极材料的锂电池已广泛应用在电子产品中。 1983 年，LiMn2O4正极材料[17]被发现，具有导电和导锂性能稳定优良、倍率性能良好、锰元素无毒无害、价格低廉等特点，但该类正极材料的理论容量较低，目前主要应用于电动自行车等小型电动设备领域。 1997 年，LiFePO4正极材料被发现[18]，具有结构稳定、安全性好、高温性能好、循环寿命长和原材料来源广泛等优势，是目前动力电池和储能电池领域应用最为广泛的正极材料。 2001年，Li-Ni-Co-Mn-O三元正极材料首次引入到锂电池中[19]。相较于LiCoO2，三元材料成本更低，常见的三元材料中 Ni-Co-Mn 三者比例为 4∶2∶3、3∶3∶3、5∶2∶3、6∶2∶2、8∶1∶1等。随着新能源电动汽车的快速发展，三元材料逐渐成为动力电池的重要正极材料。 3. 负极材料 负极材料是决定锂电池性能的关键因素之一，不同的负极材料可以通过嵌入、合金化或转换反应实现储锂。目前已广泛应用的负极材料包括石墨类、Li4Ti5O12、无定形碳（硬碳、软碳）、硅基材料、锂合金等。固态电池的负极材料主要有碳族负极、硅基负极和金属锂负极3类。 1970年，研究人员采用金属锂成功制造了首个锂电池，并于1976年提出了最早的可充电锂电池的雏形[20]。然而，金属锂在充放电过程中因体积变化较大，导致电池循环性能显著降低；金属锂作为高活性物质，存在明显的安全隐患，使得此类电池未能实现商业化。尽管如此，由于金属锂负极具有高比容量、低电位、低密度等优点，固态锂金属电池开发仍是当前电池领域的研究热点。 1983年，法国格勒诺布尔实验室第一次在电池中实现了 Li+在石墨中的可逆嵌入/ 脱嵌[21]。1989年，日本索尼公司成功将石油焦用作负极材料，实现了锂离子电池的商业化。目前，性能稳定的人造石墨是锂离子电池最重要的负极材料，其综合性能优异，占据了超过95%的负极材料市场份额。 总体而言，依托先发优势和早期锂离子电池方面的技术积累，美国、欧洲、日本等国家和地区主导了绝大多数商业化的电解质材料、正极材料、负极材料的原始创新和技术体系。未来，固态电池技术的发展将重塑全球电池技术体系新格局，因此，各国都在加紧研发和布局下一代固态电池关键材料体系。 （二）我国固态电池关键材料技术体系研究进展 我国关于固态电池的基础研究在世界范围内起步较早，在20世纪70年代就开始了固体电解质和固态电池的研究。1978年，首次报道了固态离子学研究工作[22]；1979年，我国第一个以固态离子学命名的物理所固态离子学实验室创立，且于1980年在《物理学报》发表第一篇 LISICON 文章[23]，并成功制备出锗酸锌锂等快离子导体材料。1980年，我国第一届固体离子学讨论会召开。 1987年，科学技术部将固态电池列为首批“国家高技术研究发展计划”（863 计划）重大专题之一，项目汇聚了国内11家优势单位进行集体攻关，为我国锂电池产业提供了关键的知识、技术、设备和人才储备。在863计划项目的支持下，1988年率先研制出我国第一块由 LiV3O8正极和金属锂负极构成的全固态锂电池。然而，由于当时的电池材料和技术体系尚不成熟，实现固态电池的商业化存在较大挑战。1990 年之后，锂离子电池产业进入快速发展阶段，而固态电池的研究进展则较为缓慢。2014年，通过持续研发积累，我国研究人员在国际上率先提出原位固态化技术，通过在电池中构筑多级、多层、多位点连续的固体电解质相，综合解决了固态电池中的固固界面问题[24,25]。2022年，基于原位固态化技术的高能量密度固态电池在全球率先实现规模化量产。 在固态电池关键材料和基础研究方面，我国先后取得了一系列突破。中国科学院物理研究所早在1997 年就首次采用“纳米硅”作为锂电池负极材料[26]，并率先实现了产业化应用，这是我国为数不多具有完全自主知识产权的电池关键材料；并于2014—2023年相继开发了纳米固态电解质包覆正极材料、界面预锂化技术、低膨胀纳米硅碳负极材料、界面热复合等材料和技术，并通过创新材料体系和先进工艺技术，创造了能量密度高达 711 W·h·kg-1的电芯世界纪录[27]。在固态电解质材料方面，我国相关研究取得了一系列显著进展，开发了用于有机固态电池的 PMA/PEG-LiClO4-SiO2复合聚合物电解质[28]，开发了可液相合成的Li2ZrCl6电解质[29]，具有高离子电导率、宽化学窗口的Li3Zr2Si2PO12氧化物电解质[30]，可用于固态锂空气电池的锂离子交换沸石膜电解质[31]，可通过光聚合制备得出的聚醚 ‒ 丙烯酸酯互穿网络电解质[32]以及利用聚碳酸丙酯基固态聚合物电解质制备的可高温下应用的LiFePO4/Li电池[33]。 总体而言，我国在固态电池关键材料及技术研究方面保持着良好发展态势，但仍需要不断研发固态电池的关键材料以满足性能需求。如图 1 所示，正极材料将由目前的三元材料向高镍三元材料、富锂正极材料过渡，直至满足固态电池需求的高比容量新型正极材料；负极材料将从石墨负极过渡到硅碳负极，最后到金属锂负极；固态电解质将由固液混合电解质、准固态电解质向全固态电解质逐步发展，其中兼具聚合物电解质和无机物电解质优势及综合性能的复合固态电解质可能是未来最能满足实际应用需求的固态电解质材料[34,35]。 为保障我国在电池领域的国际持续领先优势，当前诸多科研团队正积极开展固态电池基础科学问题和关键技术攻关，包括固态电池电极和电解质关键材料体系，固态电池中的热力学、动力学、界面构筑和稳定性，固态电池电芯设计和工程化制备技术，固态电池失效机制、安全性评测方法和标准等研究。 三、国内外固态电池关键材料产业体系 全球固态电池产业主要分布在中国、日本、韩国、欧洲、美国等国家和地区。据不完全统计，截至2023年，全球约有53家规模以上企业布局和研发固态电池。表1和表2列举了国内外部分主要企业的固态电池技术路线。日本的固态电池产业发展起步最早，如日本东芝公司于 1983 年就成功开发出了可实用的 Li/TiS2薄膜固态电池。目前，日本电池企业采取的固态电池主流技术路线是硫化物固态电解质。日本拥有多家电池关键材料龙头企业，如正极材料领域的日亚化学工业股份有限公司和住友金属工业股份有限公司，负极材料领域的三菱化学集团和Resonac集团，隔膜领域的旭化成集团和东丽集团，以及电芯制造领域的松下电器公司等。在产业链下游应用领域，丰田汽车公司、本田技研工业股份有限公司、日产汽车公司等企业也积极参与固态电池的生产研发。2021年，日本成立了电池供应链协会，涉及的企业可以覆盖整个电池产业链，其目标是实现日本电池供应链的可持续发展和提升其电池产业竞争力。未来，松下电器公司将于2025年将固态电池进行市场化应用，丰田汽车公司、本田技研工业股份有限公司等汽车企业计划2028—2030年实现固态电池的规模化和商业化应用。
来源：储能科学与技术
蜂巢能源王志坤：锂电行业显著回暖 短刀电池满产交付
11月20-22日，蜂巢能源高级副总裁王志坤在深圳发表了以《锂电行业显著回暖 短刀电池满产交付》为主题的演讲。 王志坤认为，从大的时间轴看，过去五年，全球的新能源汽车只是迈出了一小步，未来的电动化道路仍然漫长、充满挑战，叠加了政策变化、经济放缓、技术瓶颈等复杂因素，表现出VUCA特征：易变性、不确定、复杂性和模糊性，欧洲和美国处于犹豫和彷徨中。而对于中国来说，电动化是一条无法回头的康庄大道，要深化创新、差异化发展，努力把锂电行业打造成有贵族气质的、高质量发展的金牛行业。为此，他分享以下三点看法： 第一，中国集合了ETAI（能源革命、交通革命和人工智能革命）的系统性优势，已经完成了电动化的商业验证，新能源乘用车单月渗透率超过了50%，深圳等城市的渗透率甚至超过了70%。 第二，在这个艰难又伟大的征途上，必将诞生全球一流的中国整车和电池品牌集群，进一步扩大中国的领先优势，成为新发展格局下的强劲增长动能。 第三，行业企业和社会各界，要以更强的使命感、更加包容的格局、更加敬畏的心态，进一步深化创新变革，继续彻底攻克安全焦虑、里程焦虑、充电焦虑、成本焦虑四大课题。 最后，王志坤表示，电池的技术路线百花齐放，相信未来5-10年甚至更长时间，锂电池特别是液态锂电池仍将主导市场，并进一步从汽车、储能扩展到船舶、机器人、eVTOL等应用领域。
来源：中国储能网
