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        沈陽蓄電池研究所主辦

        業務范圍:蓄電池檢測、標準制定、《蓄電池》雜志、信息化服務

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        動力電池競爭“白熱化”,又一黑馬即將誕生

        近幾年,諸多動力電池廠商開始試圖通過改變電池結構的方式實現“三角平衡”,命名形式也五花八門。動力電池領域的戰爭愈演愈烈。中汽協數據顯示,今年1-11月,新能源汽車產銷分別完成625.3萬輛和606.7萬輛,同比增長均達1倍,11月的新能源汽車市場占有率已經超過了30%,市場前景廣闊。作為新能源汽車的“心臟”,動力電池有望同步實現飛速發展,這也意味著該領域的競爭程度將加劇。中國科學院院士、清華大學車輛與運載學院教授歐陽明高也曾表達過類似觀點:未來三十年,動力電池體系還會經歷多次持續的技術變革。從目前行業發展來看,變革的核心就在于,到底哪種形態的動力電池能最大程度的符合產業鏈不斷追求的“三角平衡”——能用更低的成本實現更優越的性能、以及獲得更高的安全性。近幾年,諸多動力電池廠商開始試圖通過改變電池結構的方式實現“三角平衡”,命名形式也五花八門。比如比亞迪的刀片電池、寧德時代的麒麟電池、廣汽埃安的彈匣電池等。但本質上而言,這些動力電池仍大多屬于方形電池范疇。方形電池之外,也有部分動力電池廠商在圓柱電池和軟包電池領域探索,希望以不一樣的電池形態滿足未來新能源汽車的需求。形態之爭目前,由于成本高、研發周期長等原因,動力電池市場仍以方形電池、圓柱電池為主流形態路線。其中,方形電池的市場占有率最高。權威數據咨詢機構IHS數據顯示,2021年,方殼電池的市場份額超過54%,預計2022年還將進一步上升達到61.9%。(軟包電池市場份額,在2021年達到了一個階段性頂峰----圖片來源:IHS)但從裝機量的上升趨勢角度來看,軟包電池的增速則十分迅猛。高工產業研究院(GGII)發布的《動力電池裝機量月度數據庫》顯示,今年上半年,軟包動力電池裝機量約6.03GWh,同比增速高達72%。據招商證券測算,2025年全球軟包電池裝機量有望增長至650GWh,市場前景廣闊。在車企端,軟包電池也開始受到越來越多車企的青睞。大眾、奧迪、奔馳、現代、福特、沃爾沃、保時捷等車企配置多款主流車型都使用了軟包電池。究其原因,軟包電池有其獨特之處。相較于方形電池和圓柱電池,軟包電池的最大不同是,其電池外層只有一層鋁塑膜封裝,而沒有方殼電池外層的殼與其他配件,不僅在能量密度上有優勢,而且成本更低。雖然結構簡單,但鋁塑膜封裝卻更能保證動力電池的安全性。過往時間,搭載方形電池和圓柱電池的新能源車輛,都不同程度的發生過自燃事故,為消費者留下了不小的心理陰影。這類電池采用硬殼的密封包裝形態,一旦內部積攢的熱量過多無法釋放,就容易造成電池壓力過大,進而引發爆炸。而軟包電池則不然,其外殼采用鋁塑膜形態包裝,即便帶電池發生熱失控,軟包電池也會通過放氣的方式減少內部壓力,防止電池發生自燃、爆炸。換句話說,軟包電池更安全。過去多年,安全性都是阻礙新能源汽車行業發展的“攔路虎”,諸多消費者曾因“電車電池自燃、爆炸”等新聞而對新能源汽車望而卻步。軟包電池的出現,滿足了整個新能源汽車行業對安全性的強需求,有望進一步推動行業發展。另一方面而言,軟包電池的設計靈活性更高。在電芯層面,軟包電池的厚度、形狀等,均可根據客戶對自身產品的設計需求進行定制,而在模組與電池包層面,軟包電池也可以根據不同車型需求,進行矩形或T字形等不同形態的空間布局,滿足更多車型對動力電池的空間要求。此外,絕大多數軟包電池都采用疊片式工藝,相較于卷繞電池,疊片電池的極耳數能多出近一倍,內阻相較于方形電池和圓柱電池顯著下降,因此產生的熱量也較小,電池自耗電明顯降低,電池的循環壽命會更強。最重要的是,軟包電池的能量密度比方形電池和圓柱電池更高。根據高工產業研究院數據,三元軟包單體電芯比三元方形平均高10%-15%。當前業內量產的三元方形動力電池平均電芯能量密度為210-230Wh/kg,而同材料體系的三元軟包動力電池能量密度達240-250Wh/kg,更能滿足未來動力電池輕量化、長續航需求。近期,始終在軟包電池領域深耕的孚能科技,推出了行業內較為領先的軟包動力電池系統,其能量密度達到330Wh/kg,相較之下,其他動力電池企業還在努力研發能量密度300Wh/kg的電池?!肮境闪⒁詠頉]有盲目追求產能,而是將大量資金用于產品開發和技術儲備?!辨谀芸萍级麻L王瑀這樣表示。正因如此,孚能科技早在2018年就成為EQA、EQB、EQE等車型的獨家供應電池商,拿下了戴姆勒全球范圍內迄今為止的最大一筆電池訂單。作為液態電池領域能量密度最高的電池,軟包電池堪稱“當下最接近固態電池高能量密度水平”的電池。而固態電池,幾乎被整個行業視為繼液態電池的下一代主流技術發展方向。但因材料成本、供應鏈重塑等問題,固態電池還暫未走上量產之路。有業內人士分析稱,未來5-10年全固態電池有望實現明顯降本以及量產。在這技術路線的過渡期間,能量密度更高的軟包電池有望“脫穎而出”。當下,奔馳、北汽藍谷、東風等多家車企都有讓半固態電池、固態電池上車的計劃,促使動力電池相關企業均在該領域加大研發力度。隨著液態電池向固態電池的加速發展,具有“包羅萬象”特點的軟包電池即將實現快速上量——從制作工藝角度而言,軟包電池既能疊片,也能卷繞,從材料的選擇而言,軟包電池既可兼容磷酸鐵鋰、三元鋰,也可使用石墨、硅碳,其電解質也可以從液態組織到半固態再到固態?!坝捎诠虘B電解質的柔軟性不足,只能使用疊片方式,因此無法使用圓柱封裝方式,而使用方型封裝則會削弱動力電池能量密度優勢,反倒是軟包封裝和固態電池是最適配的?!豹毩⒇斀浿菐爝h川研究院曾對軟包電池如是評價稱。雖然目前軟包電池仍是國外車企主要使用的技術方案,但如果軟包電池能與固態電池產線完成平滑過渡,未來在中國市場,軟包電池或許將實現對方殼電池的“超車”。爆發前夜目前,新能源汽車市場呈高速發展態勢,動力電池出貨量也大幅增長。在2022世界動力電池大會上,中國科學院院士歐陽明高預測,2025年中國動力電池出貨量將超過1TWh,產值超過1萬億元。作為動力電池下一階段的發展路線,軟包電池市場即將進入爆發前夜。實際上,在國外,軟包電池路線已經成為海外車企主流選擇。IHS顯示,2022年,海外銷量排名前20的主流電動車型中,有大眾ID.4、大眾ID.3、奧迪e-tron、極星Polestar 2、福特Mustang Mach-E等11款車型都采用了軟包電池方案。與此同時,軟包電池領域在最近幾年出現了新工藝,進一步解決了其原本生產工藝復雜、成本居高不下等問題。今年9月,孚能科技推出全新動力電池解決方案全新SPS(Super Pouch Solution)超級軟包解決方案。作為包含電芯、模組、制造和回收在內的“一攬子”技術解決方案,SPS具備高性能、低成本、高適配性等多個特點,一定程度上解決了軟包電池的不足。目前,無模組技術已在方形電池和圓柱電池領域實現應用,這種技術通過減少或去除電池“電芯-模組-整無模組技術已在方形包”的三級Pack 結構,不僅能有效提升動力電池的能量密度,也能減少電池組的零部件數量,更有利于提升整個系統的集成度和適配靈活性。在孚能科技推出SPS前,軟包電池領域還未有此應用。作為軟包體系內首個無模組集成技術方案,SPS能將電芯直接集成到PACK甚至汽車底盤,可實現CTP/CTC。從車企角度而言,這種電池包與底盤直接集成的形式,可通過靈活調控電芯疊片厚度、電芯疊加數量,完美兼容同款底盤不同高度的需求,為企業在多種車型的同平臺和架構開發上帶來便利。為了緩解當下消費者對于新能源汽車的“充電焦慮”,小部分車企直接選擇“換電”路線,以更簡單直接的形式為消費者提供服務。相較之下,更多車企則在提高新能源汽車續航里程、增加充電速度等方面努力,這同樣也是動力電池廠商研發新技術的方向。針對這種行業現狀,SPS大軟包方案也首次推出大尺寸電芯,可兼容最新的半固態電池技術,不僅擁有更高能量密度、更高安全度、更高補能速度,也更符合動力電池行業演進的大趨勢。據了解,SPS的電芯能量密度可實現330Wh/kg以上,支持800V、2-6C快充,充電10分鐘可以實現400公里的續航里程,能夠極大緩解消費者的“充電焦慮”,推動新能源行業發展。無模組技術與大尺寸電芯帶來的好處不止于此。在兩項新技術下,SPS的零部件數量進一步減少,極大改善了軟包電池原本的制造工藝,并實現成本降低。得益于全新的結構設計,SPS的電池系統部件減少了50%,材料成本降低33%。與此同時,孚能科技建立了柔性化產線,進一步提升了生產效率,同時實現“同一條生產線生產多種電芯”的目標,也能生產不同材料體系(三元、磷酸鐵鋰、鈉離子等)、不同尺寸的電池,且具備將其做得更薄的工藝,能滿足多種電池、多種車型的需求。此外,SPS能大幅提升動力電池的安全性能。通過液冷板和導熱片的復合使用,SPS為大軟包電芯提供了“雙面液冷,三面傳熱”的高效熱交換,電池系統的散熱效率提升4倍。此多種材料還對對大軟包電芯形成了6面防護,杜絕熱失控風險,有效解決了消費者對于新能源汽車安全隱患的顧慮??傮w來看,孚能科技推出的SPS于車企而言,能夠更靈活適配多種車型、且實現成本降低;于消費者而言,則能有效緩解其“續航和充電焦慮”,并提升駕乘安全感;于行業而言,SPS不僅開創了軟包電池“高性能、低成本”時代,同時更能助推整個新能源行業的快速發展。電芯、PACK、制造之外,孚能科技還提出電池回收技術,對動力電池的全生命周期做出保障。一方面,SPS可實現電芯材料的直接回收,回收材料利用率達到99%以上,另一方面,SPS可在生產中使用回收材料進行制造,確保電池能力最大程度實現釋放。在軟包電池方面,孚能科技一直走在行業前列。推出SPS后,孚能科技于今年11月初在江西贛州開工了年產30GWh新能源電池項目,總體規劃建筑面積約44萬平米,將生產SPS大軟包及新能源電池,預計2023年4季度投產。作為國內軟包電池的龍頭企業,孚能科技已經與戴姆勒、北京奔馳、廣汽埃安、廣汽三菱、一汽、吉利、東風、江鈴等多家車企達成了合作。而隨著該技術路線的加速發展,未來軟包電池必將惠及更多車企,在降低成本的同時,提升新能源汽車的性能與安全特性,實現動力電池技術變革的三角平衡,讓更多消費者享受到科技帶來的全新駕乘體驗。

        作者:沈蓄所新聞中心 詳情
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        動力電池材料價格明年或將回落,品牌品質升級成突圍關鍵

        作為實現碳中和目標的關鍵,新能源汽車和動力電池正以前所未有的速度蓬勃發展。中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會秘書長張雨表示,2022年,全球經濟增長受多重因素沖擊顯著放緩,新能源汽車及動力電池產業鏈是為數不多持續增長的產業之一。然而,隨著國家新能源車購置補貼即將終止,新能源汽車的繁榮是否還能延續?動力電池價格高漲會不會出現拐點?這些問題拷問著整個行業。明年起鋰電材料價格將有所回落持續飆升的碳酸鋰價格出現回落。上海鋼聯數據顯示,截至12月20日,部分鋰電材料報價下跌,電池級碳酸鋰跌2500元/噸,均價報55萬元/噸,工業級碳酸鋰跌2500元/噸,均價報52.5萬元/噸。不久前,被業內稱作“鋰價風向標”的皮爾巴拉鋰精礦拍賣活動也出現了下跌。北京時間12月14日,澳鋰礦商皮爾巴拉完成了第13次鋰精礦拍賣,成交價為7505美元/噸,較11月16日的成交價下跌300美元/噸,跌幅達3.8%。在江西明冠鋰膜技術有限公司副總經理趙鑫看來,由于上游礦產資源相對匱乏,新建產能投產釋放周期與現有需求之間存在不平衡,造成鋰價在較長一段時間內的持續上漲和鋰供應緊張,給電池企業乃至整個行業帶來成本增加?!叭ツ暌詠?,鋰電產業鏈價格上漲,實際上主要是下游的需求超預期增長,電池、材料企業大多沒有預估到這一增長速度?!敝袊瘜W與物理電源行業協會秘書長劉彥龍表示,隨著產能布局逐步釋放,預計從明年開始相關材料價格會有一些回落,并逐漸趨于合理。安全是動力、儲能電池的底線中國工程院院士吳鋒表示,在全球汽車和能源結構大變革背景下,今年以來,新能源汽車和電池產業保持高速增長。數據顯示,今年1-10月,全球新能源汽車累計銷量775.07萬輛,占整體市場13%份額,市場主要集中在中國和歐美地區。值得一提的是,今年1-11月,中國市場新能源汽車銷量已經達到606.7萬輛,同比增長100.6%,新車滲透率已達25%,全年新能源汽車銷量預計將超過650萬輛,繼續引領全球市場?!皬倪@些數據可以看出,整個新能源汽車動力電池、儲能電池產業發展勢頭很好,十分迅猛?!眳卿h表示,疊加動力、儲能市場的高速增長,業界預測2023年全球鋰電池出貨有望進入TWh時代。吳鋒認為,整個產業的快速發展既離不開市場驅動和政策扶持,也得益于電池技術的進步。對于動力、儲能電池來說,仍然需要重視從基礎層面進行創新,尤其是材料層面的創新?!昂芨吲d看到產業界在結構和工藝創新方面已取得一系列成果:如寧德時代的麒麟電池、比亞迪CTB電池、億緯鋰能大圓柱電池、蜂巢能源龍鱗甲電池等,這些創新技術及產品陸續亮相,共同推動著產業技術的更新迭代。但安全仍然是動力、儲能電池產業的重要關注點,安全是動力、儲能電池的底線,是必選項,這已成為行業的共識?!眳卿h說道。吳鋒強調,行業發展仍面臨不少挑戰和困難,產業鏈環節供需錯配,鋰電材料價格大幅增長,對產業的健康發展造成一定影響?!疤貏e需要注意的是,基于對電動汽車、儲能產業發展前景預判,全球鋰電產業發展面臨戰略資源緊俏和供應鏈安全挑戰。因此,構建非戰略資源限制的新型電化學體系作為重要互補已提上日程?!眳卿h說道。探索協同創新發展模式動力電池關鍵技術研發攻關道路仍漫長。工業和信息化部消費品工業司原司長高延敏表示,“動力電池產業鏈較長,涉及能源、機械、電化學、裝備、材料等多個領域,動力電池發展到今天,不管是鋰電池、氫燃料電池,還是鉛酸電池仍有關鍵性能指標需要提高、關鍵技術需要攻關?!备哐用粽J為,企業的產品種類繁多,很難制造到極致,可以選擇少部分品類,集中本企業技術優勢,特別是增加研發費用,重視高精尖技術,研發人才引進,采取各種有效措施全力進行關鍵技術攻關。由于有些攻關難題單個企業很難解決,對此,高延敏建議,應研究探索行業協同創新發展模式,進一步加強關鍵技術、材料以及核心零部件的聯合研發攻關,發揮產業鏈各個環節作用,通過創新發展模式,攻堅克難,研究解決共性問題。同時,加強相關標準制定以及完備的檢測能力建設,推動全產業鏈各環節技術水平不斷提升?!捌髽I只有不斷使本企業技術迭代升級,才能研發出技術含量較高、品質上乘、產量達到相當規模、定價合理,在業內具有競爭力的產品?!备哐用粽f道。更加重視品質品牌的發展高延敏指出,目前中國盡管以鋰電池為代表的動力電池得到長足發展,但動力電池企業要想在激烈的競爭中生存下去,必須從戰略高度更加重視品質品牌的發展。具體而言,高延敏認為,動力電池企業要具有長遠的眼光,制定以核心技術為根本、品質品牌為支撐的發展策略,樹立品質為先的品牌理念,精益求精、追求完美,不斷提高產品品質和附加值?!捌放聘叨热Q于產品優劣,產品品質升級才是品牌升級的核心本質?!备哐用粽J為,近年來,隨著物聯網、大數據、云計算、人工智能等新技術快速發展,智能制造在很多行業進行推廣應用,并且已經成為趨勢。智能制造借助于數字化手段可以大大提升產品創新能力,幫助企業重構新的發展模式?!皺C器能夠克服人工因專業技能高低而帶來的產品質量參差不齊,智能制造可以較大程度提升產品品質,大幅度提升產品一致性,制造出更高品質的產品,進一步增強企業核心競爭力,從而使品質品牌升級成為可能。智能制造已成為推動品質品牌升級的動力源泉,企業應投入足夠力量探索智能制造,促進品質升級,從而推動品牌升級?!备哐用粽f道。

        作者:馬 艷 詳情
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        打通動力電池回收關鍵堵點

        隨著我國電動汽車步入規?;占鞍l展階段,退役動力電池回收利用問題受到廣泛關注。11月份以來,碳酸鋰價格創下60萬元/噸的價格新高,動力電池回收利用顯得更為迫切。近日,工信部就擬公告的符合廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件企業名單(第四批)公開征求意見,41家企業被納入“白名單”,動力電池回收“正規軍”進一步擴容。我國動力電池回收利用具有廣闊的市場空間,能夠為產業高質量發展、污染物減排和供應鏈安全等帶來顯著貢獻。根據中國汽車技術研究中心數據,2021年國內累計退役動力電池超過32萬噸,2025年有望增至78萬噸。提高退役動力電池綠色回收和高效利用水平,有利于促進電池金屬原料循環利用,減少對鈷、鎳、鋰等關鍵金屬的進口依賴,降低潛在的生態環境風險;發揮動力電池儲能調峰作用,實現能源梯級高效利用;壯大動力電池回收再利用產業,培育催生新的綠色增長動能。不過,目前我國動力電池回收利用整體尚處于起步發展階段,在技術裝備、商業模式、政策體系等方面仍存在短板。比如,電池檢測和篩選技術尚不成熟,梯次利用自動化水平不夠高,在降低成本、提高鋰回收率、實現廢水零排放等方面的再生利用工藝不完善。又如,動力電池回收網絡尚不健全,不少廢舊電池流入小作坊,帶來安全和環保隱患。此外,適合國情的可持續商業模式尚未建立,電池回收利用與新型儲能、通訊基站、低速電車等行業的融合發展仍在探索。相關法規標準有待完善,退役電池一致性、自動化拆解等標準相對滯后。動力電池回收利用涉及產業鏈上下游各個環節,是一項復雜系統工程。要推動多方聯動,發揮企業、政府和社會合力。退役動力電池不是簡單的廢棄物,而是有待挖掘利用的重要資源。應激發市場主體動力,引導電池生產企業、汽車廠商、第三方回收企業等有效合作,開拓電池回收藍海市場。完善政府監管,依法取締各類小作坊、黑作坊。加強社會宣傳,鼓勵公眾監督,形成電池綠色循環利用的社會共識。要注重多點發力,打通動力電池回收利用關鍵堵點。當前,重點是破解綠色回收和高值利用面臨的突出瓶頸。應加強前沿電池技術研發,在產品設計、生產、使用、廢棄等全過程體現綠色低碳發展理念,不斷降低電池產品的環境影響和碳足跡。加強動力電池與可再生能源、智能電網等融合創新,積極拓展在儲能、換電等領域創新應用。大力開發綠色回收和污染防控技術,實現退役動力電池有價元素高值化、綠色化循環利用。要強化多措并舉,健全激勵約束長效機制。我國動力電池技術和結構創新層出不窮,需要統籌當前和長遠,構建有利于高質量循環發展的長效機制。加快健全動力電池綠色制造、回收利用和污染防控等標準體系。完善生產者責任延伸制度,鼓勵采用產業聯盟或與第三方合作等方式履行回收和再利用責任。出臺鼓勵退役動力電池儲能電站參與電力調峰的價格政策,加大對“電池銀行”等創新模式的綠色金融支持力度。

        作者:沈蓄所新聞中心 詳情

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        天氣驟冷,磷酸鐵鋰電池儲能在低溫環境下的運行特性

              北風起,大雪飛,天氣驟冷,隨著寒潮的來臨,磷酸鐵鋰電池儲能在低溫環境下的運行特性引發普遍關注。特別是在我國西北部,內蒙、青海等部分地區氣溫將降到-20℃以下,隨著漫長嚴寒的冬季的到來,部分地區極端最低溫度可達-40℃左右,對磷酸鐵鋰電池儲能電站的運行條件提出嚴苛的考驗。西北地區由于豐富的風光資源和廣闊的土地,是新型電力系統新能源建設的主戰場,特別是國家推動在沙漠、戈壁、荒漠地區建設大型風光基地,西北地區也是主要的建設場所,通過配套建設磷酸鐵鋰電池儲能或共享儲能電站是提升電網調節性能力的主要方式之一。磷酸鐵鋰電池作為當前最廣泛使用的電化學儲能電池類型,市場占比超過90%。磷酸鐵鋰電池最佳運行環境溫度在25℃左右,低溫性能差是磷酸鐵鋰電池儲能電站的主要缺點,在低溫時磷酸鐵鋰電池主要表現出電解質黏度增大,電解質結晶,離子電導率下降,負極脫嵌鋰困難,負極表面析鋰,鋰離子在正負極之間遷移速率變慢,內阻增大等特征。以某品牌磷酸鐵鋰電池為例,其允許運行環境溫度在-30~55℃左右,需要注意的是,此溫度區間主要指其安全運行溫度,并非電池的最佳性能運行溫度,在0.25P的充放電功率下,0℃時可放電能量在80%左右,-10℃時可放電能量在65%左右,而在-20℃時可放電能量僅在50%左右,隨著運行環境溫度的下降,其可放電能量急劇下降。更為重要的是,磷酸鐵鋰電池若長期儲存或運行在極端低溫環境下,可能會造成不可逆的永久損傷,造成巨大的安全風險和經濟損失??梢钥闯?,磷酸鐵鋰電池運行在0℃以下的溫度下,無論是電動汽車還是儲能電站,電池的性能均受到嚴重影響,應當采取措施改善電池的運行環境溫度。針對磷酸鐵鋰電池的低溫問題,通過艙體采取保溫隔熱材料、配置空調或液冷機組、合理設計風道或液冷管路等措施維持儲能系統的運行環境溫度至關重要,一般維持運行環境溫度在15-25℃左右。目前,磷酸鐵鋰電池儲能設備以預制艙集成戶外布置為主,以常規風冷熱管理方式為例,配置工業空調維護電池艙環境溫度,同時根據熱仿真實驗進行電池艙的風道設計,保障電池簇溫度以及溫度均衡,并保證電池的一致性。此外,在環境溫度過低時,空調常常面臨啟動困難等問題,一般可通過配置電加熱器來輔助抬升艙內溫度。隨著液冷熱管理方式的逐步普及,環境溫度過低時,乙二醇水溶液經液冷板加熱電池維持儲能系統運行溫度也是主要方式,目前主流廠家液冷設備的允許最低環境溫度在-25~-30℃左右,在更低的環境溫度下液冷系統的適應性和經濟性也需進一步研究。行業也通過研究正負極和電解質材料緩解電池的低溫性能差的固有屬性,例如通過研發低溫電解質、正極材料摻雜少量元素、負極材料表面處理或包覆等手段提升其低溫性能。目前,內蒙、青海、冀北等風光資源富集地新能源普遍配置磷酸鐵鋰電池儲能滿足新能源并網需要,多個項目也已并網投運,改善磷酸鐵鋰電池固有性能和研究溫度管理技術對保證西北嚴寒地區儲能系統的安全高效運行至關重要。

        作者: 禾木 詳情
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        可充電鋰電池枝晶難題破解

        (實習記者張佳欣)據最新一期《焦耳》雜志報道,美國麻省理工學院研究人員解釋了可充電鋰電池枝晶的形成原因以及如何防止其穿過電解液的方法。這一發現最終可能開啟一種新型可充電鋰電池的設計之門,這種電池比目前的版本更輕、更緊湊、更安全。到目前為止,可充電鋰金屬電池的商業用途還很有限,其中一個原因是枝晶。枝晶可在鋰表面堆積,滲透到固體電解液中,最終從一個電極交叉到另一個電極,使電池短路。麻省理工學院的早期研究發現,鋰離子固體電解質材料在電池充放電過程中來回穿梭,會導致電極的體積發生變化。這不可避免地在固體電解液中產生應力,它必須與夾在中間的兩個電極保持完全接觸?!盀榱顺练e這種金屬,就必須擴大體積,因為新的質量正在增加。因此,鋰電池一側的體積增加了。如果有哪怕是微小的缺陷存在,就將對這些缺陷產生壓力,從而導致開裂?!毖芯繄F隊現在發現,這些壓力會導致裂縫,從而形成枝晶。事實證明,解決問題的辦法是以正確的方向和適當的力量施加壓力。之前,一些研究人員認為枝晶是由純電化學過程而非是機械過程形成的,但該團隊的實驗表明,導致問題的是機械應力。電池枝晶的形成過程通常發生在不透明材料的深處,無法直接觀察到,因此研究人員開發了一種使用透明電解液制造薄電池的方法,可直接看到和記錄整個過程。該團隊證明,他們只需施加和釋放壓力,就可直接控制枝晶的生長,使枝晶與力的方向完全一致。對固體電解質施加機械應力并不能消除枝晶的形成,但它確實可以控制它們的生長方向。這意味著可以引導它們與兩個電極保持平行,并防止它們穿過另一側,從而變得無害。另一種方法是在材料中“摻雜”嵌入原子,使其變形并處于永久的應力狀態。實驗表明,150到200兆帕斯卡的壓力足以阻止枝晶穿過電解液。此前,人們認為類似三明治的多層結構可防止枝晶結構生成。但新的實驗證明,在垂直于電池極板方向上擠壓材料實際上會加劇枝晶結構的形成。取而代之的應該是沿著平面的壓力,就像是從三明治側面擠壓一樣。

        作者: 沈陽蓄電池研究所有限責任公司新聞中心 詳情
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        鋰價“不降反升”,拐點在哪里?

        近期,碳酸鋰價格最高達到60萬元/噸。本公眾號今年9月的文章《脫韁的鋰價,奔向何處》,從多個角度分析了鋰價的影響因素,并認為“鋰價回歸之路,不會太順暢平坦,可能比很多人的預期要坎坷滯緩一些”。彼時,很多人還樂觀地以為鋰鹽價格高位企穩、有望回落,結果“不降反升”。這一輪碳酸鋰價格上漲,也讓鋰電池產業鏈上下游企業陷入持續躁動與不安。如今,碳酸鋰價格達到60萬元/噸的新高,我們也盡量嘗試尋找價格“拐點”的重要指標。我們無法預知準確的鋰價走勢曲線,但我們可以盡量判斷大致輪廓。01鋰價不降反升,行業繼續躁動近日,長安汽車董事長在中國汽車工業論壇上吐槽,痛陳當下汽車企業的“茍且”,缺芯、貴電的問題突出,并建議有關部門依法開展反暴利行動,堅決打擊個別企業的原材料囤積和炒作,整治電池行業亂象。無獨有偶,廣汽集團董事長在今年7月的世界動力電池大會上也調侃,汽車企業的錢都被鋰電企業賺走了。此后,廣汽集團便公告成立鋰電池公司,并于10月底正式成立。更有意思的是,廣汽在11月初便迫不及待地宣布簽約礦企成立合資公司布局原材料降成本,完善上游原材料領域的戰略布局??梢?,對于下游車企的“向上一體化”,鋰電池并非終點,上游鋰礦才是終點,因為鋰礦才是這一系列價格亂象的罪魁禍首。所以,整個產業鏈,不是鋰電池環節的問題,而是上游鋰礦環節的問題。需要強調的是,隨著鋰鹽價格的高企,以及境外鋰礦資源可控性問題日漸突出,也不斷擾亂了整個產業鏈的神經,一方面下游需求變得脆弱,另一方面向上買礦成為流行的沖動。素不知,此時進場買礦,反而進一步抬升了鋰鹽的開采成本,這讓鋰鹽價格的未來回歸之路充滿了更大變數。不管怎樣,鋰價高企正在讓全行業進入艱難的選擇,似乎要么坐以待斃,要么進場豪賭,這就也可以理解汽車巨頭的反應了。02鋰鹽定價的核心邏輯那么,何時是個頭?拐點在哪里?關于鋰價的影響機制,《脫韁的鋰價,奔向何處》中做了全面分析。這一輪鋰價上漲,本質是需求驅動,下游需求彈性較大,而上游供給缺乏彈性,導致供需迅速失衡,短期又難以恢復平衡,加之預期推波助瀾,鋰價應聲迅速上漲。這個供需失衡,不是鋰鹽供給與終端電動汽車及儲能的實際需求失衡,而是與直接下游鋰電池環節的采購需求失衡。目前,市場普遍的觀點:2021年全球鋰鹽產量約50萬噸LCE,需求量約55萬噸LCE;2022年預計產量約70萬噸LCE,需求量約75萬噸LCE;2023年預計全球供給和需求在100萬余噸LCE,仍然處于緊平衡狀態。換言之,上游鋰鹽供給跟終端需求是大致匹配的,但與中游鋰電池產能的需求是不匹配的,近年中游鋰電池環節大量資本涌入,已經有1TWh的名義產能,同時還有TWh級的產能規劃,且非富即貴、財大氣粗,鋰電池產能增速大幅高于鋰鹽擴產增速,放大了對上游鋰鹽的供需矛盾。所以,僅僅分析上游供給和終端需求的平衡度,來預判鋰鹽價格的變動趨勢,是不準確的。在這個邏輯下,不是下游新能源汽車及儲能需求收縮就可以對上游鋰鹽供給造成打壓,關鍵還是中游鋰電池的產能進擊情況何時出現拐點。即便下游終端需求因為成本高企而退縮,但如果中游鋰電池環節在資本的追捧下仍然需求旺盛,也不會導致鋰鹽價格回落。大量資本涌入,改變了鋰電池企業的決策機制,不是以“凈利潤”為依據決定是否開工,而是以“現金流”為依據決定是否開工,而“現金流”因素中最重要的就是資本投入產生的折舊,近年龐大的資本投入囤積了大量的產能及折舊,這些資本成為激化上游鋰鹽“供不應求”、助推鋰鹽價格大漲的首要因素。03鋰價拐點在哪里?從這兩年情況來看,鋰鹽供給與終端需求的平衡狀態對鋰鹽價格形成并不敏感,而且明年還會繼續維持這種狀態,但并不代表鋰鹽價格形成機制一層不變。綜上分析可知,鋰電池產能端的變化對鋰價拐點的形成才更加敏感,且至少兩個“前瞻性指標”可以洞見鋰電池環節的需求變化:一是鋰電池企業“資本支出”增速,這個從目前鋰電池行業整體產能落地情況和鋰電設備訂單預期來看,已經開始放緩,頭部企業“在建工程”增速以及鋰電設備企業“存貨”增速均開始回落,預計2023年將更加明顯;二是鋰電池產能“現金流平衡點”,鋰鹽端勢必“吃干榨盡”,直到鋰電池行業整體達到“現金流平衡點”。目前行業整體毛利率在持續下降后已經在“利潤平衡點”掙扎,但由于近年鋰電池行業大量資本投入形成了巨量“折舊”,導致“現金流平衡點”的容忍度較高,開工熱情依然較高,市場份額為王,但部分鋰電企業“經營現金流凈額”已經持續下降,預計要到2023下半年甚至2024年才會向“現金流平衡點”挑戰。上述情形也解釋了為什么鋰鹽價格大漲,但鋰電池企業仍然呈現“熱火朝天”的景象。不過,綜合來看,鋰鹽價格繼續上漲的動力已經開始減弱,但價格回落尤其大幅回落尚需時日,2023年底之前預計將保持高位。這兩個指標,第一個指標相對容易觀察,且已經有一定端倪;第二指標涉及個體現金流情況難于及時把握,如果依靠上市公司數據則會滯后。這也是為什么無論光伏硅料,還是鋰鹽價格的趨勢把握,比較困難,因為沒有系統性宏觀指標可以參考,只有把握大量微觀數據才有效。但無論怎樣,方法對了,認知就不遠了,關于鋰鹽價格我們需要緊盯鋰電池端的開工需求而不是終端用戶的裝機需求,鋰電池企業激情不減,鋰鹽價格不跌。

        作者: 沈陽蓄電池研究所有限責任公司新聞中心 詳情
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        鋰電池產業在全球占據主導位置

        在數字時代,有兩項發明被認為對推動歷史進程具有重要意義。一項是半導體,作為芯片的基本元件,構成了現代電子產品的“大腦”;另一項是鋰離子電池(以下簡稱“鋰電池”),作為能源載體驅動全世界的運轉。鋰電池與我們每個人生活密切相關,從幾乎人手一部的手機到筆記本電腦,再到蓬勃發展的新能源汽車和儲能產業都離不開它。鋰電池雖然首先由歐美國家發明,在日本實現產業化,但當前主導權在中國,特別是被喻為新能源汽車“心臟”的動力鋰電池產業發展迅速,截至2021年底,我國產能約占全球70%。我國鋰電池產業實現從跟跑、并跑到領跑的跨越式發展。我國自20世紀90年代初期開始進行鋰電池研發,1997年建成第一條鋰電池生產線。2000年,日本鋰電池年產量達5億多只,占全球市場超90%,而我國年產量僅0.35億只,且性能遠不及國外產品。2000年以前,我國還處于跟隨和模仿階段。為順應社會發展需求,伴隨技術的進步,我國相繼出臺一系列政策,推動鋰電池產業發展,在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》中,動力鋰電池被列為高效能源材料技術的優先發展方向。在一系列國家政策支持下,我國鋰電池產業進入快速成長階段,有了長足的進步。、、等鋰電池企業迅速崛起。2013年,我國鋰電池年產量近47.68億只,成為全球電池制造大國,實現了從跟跑到并跑的轉變。近幾年,在碳達峰碳中和目標引領,以及新能源汽車、電化學儲能等下游產業的旺盛需求帶動下,我國鋰電池產業快速發展,已在全球占據主導位置,連續五年成為全球最大鋰電池消費市場。工信部賽迪研究院發布的《2021中國鋰電產業發展指數白皮書》顯示,2021年,全球鋰電池市場規模達到545GWh,中國鋰電池市場規模約324GWh,占全球市場的59.4%。此外,我國鋰電池產品種類不斷完善,電池的能量密度、充放電循環壽命、制造成本以及安全性等技術指標也得到大幅提升,基本實現從并跑到領跑的轉變。全球十大鋰電池廠家排名中,中國占據了6席,其中寧德時代已連續五年位列全球第一。近年來,我國新能源汽車市場保持高速增長。2022年,我國新能源汽車銷量有望突破500萬輛,新能源汽車的產銷量和保有量持續多年保持在全球首位,占比超50%。我國新能源汽車發展態勢良好,但人們關注的新能源汽車的電池安全、續航里程、快速充電、成本等問題依然沒有完全解決,這給上游的動力電池技術和產業發展指明了方向。研發兼具高能量密度、超安全、快充、長循環壽命和低成本的動力電池是鋰電池行業的奮斗目標,也是最終獲得全球動力電池主導權的關鍵。國內學界和產業界,一方面需要從電池的正負極材料、電解液、隔膜等優化改性入手,對全電池體系進行優化設計,進一步提升電池的綜合性能;另一方面需要研發新的電池材料體系,創新結構設計,實現電池性能的本質性突破。從短期看,需要通過對現有材料體系的迭代升級和電池結構革新來提升鋰電池能量密度,通過提升鋰電池正負極材料的穩定性、電解液和隔膜安全性等來提升電池安全性。從長期看,為了應對不同應用場景下的不同需求,鋰電池技術路線將朝多元化方向發展,除磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池外,發展新的能量密度更高、綜合性能更優越、更安全的電池體系勢在必行。(中國科學技術大學教授?孫金華)

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        鋰電池“太貴” “平替”鈉離子電池有望“迎風”

        鋰價高企之下,有替補預期的鈉離子電池板塊再度引起熱議。10月27日上午,傳藝科技控股孫公司江蘇傳藝鈉電科技有限公司(以下簡稱“傳藝鈉電”)舉辦鈉離子電池中試線投產儀式引發關注。從事鈉離子電池研究股價瘋漲在這幾年鋰電價格始終“高高在上”的情況下,相對鋰離子資源更為豐富、價格更為低廉的鈉離子開始引發投資者爭相追逐。今年6月23日,主營業務原為筆記本電腦零組件制造的傳藝科技宣布旗下子公司設立合資公司江蘇傳藝鈉電科技有限公司(下稱“傳藝鈉電”),主要從事鈉離子電池及相關原材料研發、生產及銷售。10月27日上午,傳藝科技控股孫公司江蘇傳藝鈉電科技有限公司(以下簡稱“傳藝鈉電”)舉辦鈉離子電池中試線投產儀式。據悉,傳藝鈉電中試線使用廠房面積6000余平方米,總投資約5000萬元,購置設備100余臺套,建成年產200MWh鈉離子中試線及相應配套的正極材料和負極材料產線。經過三個多月的建設、安裝調試,目前已具備投產條件。從電腦組裝到進入鈉離子電池領域,傳藝科技股價在短短4個多月時間中,漲幅已超過300%。在今年6月23日傳藝科技宣布設立傳藝鈉電后,從6月23日至7月1日,傳藝科技股票連續7日漲停。隨后持續震蕩上漲,過去4個月,傳藝科技股價一度從原來的不足10元/股,一度漲至51元/股附近,股價相對估值PE(TTM)達到了91倍。產業化進程獲突破多家企業上馬鈉離子電池項目實際上,今年以來,除了傳藝科技,不斷有上市公司上馬或宣布鈉離子電池相關的項目,同時鈉離子電池的產業化進程也獲得突破。9月,美聯新材與七彩化學宣布共同投資25億元人民幣,建設年產18萬噸電池級普魯士藍(白)產業化項目,致力于鈉離子電池正極材料普魯士藍(白)系列產品的研究開發及產業化,助推鈉離子電池產業發展。此外,華陽股份也宣布,公司投資建設的鈉離子電芯生產線設備安裝調試已完成,公司于當日舉辦鈉離子電芯生產線出品儀式。作為鋰電池領域的龍頭,寧德時代也不會錯過對于鈉離子電池的布局,事實上,寧德時代在2021年就率先發布了第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度達到160Wh/kg,創下全球最高水平。此后10月21日,寧德時代也在電話會議上表示,公司鈉離子電池產業化進展順利,供應鏈布局上需要一些時間,已與部分乘用車客戶協商,明年將會正式量產。雖然眾多公司紛紛布局鈉離子電池,但需要注意的是,鈉離子電池的技術和產業尚未完全成熟。傳藝科技也直言,鈉離子電池屬于新的技術產品,需要新開拓終端市場和需求,市場的培育和開拓也存在不確定性;華陽股份也指出,公司鈉離子電芯作為市場上全新的技術產品,商業化應用還需要相關認證,其量產和銷售尚需要一定周期。據統計,當前已有超過 60 家鋰電產業鏈企業布局鈉離子電池正負極材料、電解液等領域,持續推動著鈉離子電池的產業化加速。鈉離子電池有其優勢但目前產業鏈暫未成型需要指出的是,相對于鋰離子電池,鈉離子電池低溫性能好、適合快充、安全穩定,最重要的是鈉電池成本較低。有統計數據顯示,鋰離子電池所需的鋰、鈷、鎳在地殼中的豐度僅為17ppm(百萬分之一),30ppm和90ppm;相比之下,鈉離子電池所需的原材料較容易獲得。有新能源分析師對記者表示,相比于鋰電池,鈉離子電池的優勢在于鈉元素的來源渠道更多、且相對鋰元素成本低;目前來說更適用于低速、續航里程兩百公里左右的小型電動車,以及一些兩輪車,在一定程度上替代或補充鋰電池當下的缺口。同時,該分析師表示,雖然鈉離子電池有諸多優點,但是目前鈉離子電池還存在能量密度低、循環壽命較短等缺點,仍然需要攻克眾多技術難點。此外,目前鈉離子電池生產成本較高,完全產業化、大規模的生產時間點還沒有到來,待小批量推廣后,產業鏈逐漸成熟后,鈉離子電池性價比才能凸顯出來。對此,國泰君安證券也表示,鈉離子電池廣闊應用空間或于2023年開啟,頭部正極企業具有先發優勢。從布局正極材料的企業類型來看,技術布局領先、規劃化生產經驗豐富的鈉電初創企業和傳統鋰電企業跨界正加速鈉離子電池正極材料的研發和產業化進程。

        作者: 記者 朱寧 詳情
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        碳酸鋰價格屢創新高,鋰鹽企業集體大賺

        新能源行業景氣度持續攀升,“家里有礦”的上游企業賺得盆滿缽滿。10月23日晚間,鋰電板塊業績“預增王”融捷股份(002192)發布三季報,前三季度實現營業收入16.82億元,同比增長208.65%;凈利潤12.55億元,同比增幅達45.33倍;公司銷售凈利潤率高達76.74%。同日,另一鋰鹽企業中礦資源(002738)三季報也新鮮出爐,同樣呈高增長態勢,前三季度錄得凈利潤20.51億元,同比增長5.8倍。因鋰電上游產能擴產遠不及下游需求增速,以碳酸鋰為代表的鋰鹽產品供不應求情況凸顯,推動價格水漲船高。據上海鋼聯數據,目前電池級碳酸鋰價格已達54.25萬元/噸,創歷史新高。業內人士表示,鋰鹽供需矛盾短期尚難緩解,鋰價仍將維持高位運行,資源自給率高且量增明顯的公司有望持續受益。鋰鹽企業集體大賺結合此前的三季度業績預告,本次融捷股份、中礦資源實際實現的凈利潤均穩穩地落在業績預告區間的中間位置。除盈利水平外,兩家企業現金流及毛利水平亦表現亮眼?,F金流方面,融捷股份、中礦資源經營性凈現金流分別為7.2億元、11.3億元,同比增速達42倍、5.3倍;毛利率分別為39.35%、49.52%,同比增長16.11、0.58個百分點。對于業績增長的原因,兩家鋰鹽企業異口同聲地表示主要得益于鋰電材料其及產品價格 持續上漲、鋰精礦自給率提升及碳酸鋰產線達產。另外,融捷股份因經營鋰鹽業務的聯營企業成都融捷鋰業大幅盈利,確認的投資收益大幅增加。量價齊升背景下,鋰鹽企業業績紛紛報喜,成為產業鏈名副其實的“吸金大王”。業績預告顯示,“鋰業雙雄”天齊鋰業、贛鋒鋰業前三季度預計盈利均超百億。其中天齊鋰業預計前三季度實現凈利潤152億元-169億元,同比增幅達27.7倍-30.9倍;贛鋒鋰業凈利潤為143億元-153億元,較上年同期增長4.8-5.2倍。除此之外,蔵格礦業、雅化集團、江特電機、西藏礦業也迎來大豐收。日前剛剛披露三季報的蔵格礦業前三季度實現營業收入、凈利潤為57.13億元、41.66億元,同比增長172.11%、404.89%;雅化集團、江特電機預計前三季度分別實現凈利潤34.6億-36.6億元、19億-21億元,同比增幅分別達4.5-4.8倍、6.6-7.4倍;西藏礦業前三季度約為4.5億元-6億元,同比增長251.88%~369.17%。鋰價創歷史新高亮眼的業績折射出鋰電資源端供不應求、原料屢創新高的市場現狀。上海鋼聯數據顯示,8月中旬以來,電池級碳酸鋰開始持續上攻并突破50萬元/噸大關,近期日均漲幅更是超2000元/噸,截至10月21日市場均價達54.25萬元/噸,創歷史新高。華西證券研報認為,不排除今冬電池級碳酸鋰價格漲至60萬元/噸的可能性。隆眾資訊鋰電池行業分析師曲音飛告訴證券時報·e公司記者,進入四季度,青海、西藏等地受天氣影響,碳酸鋰產量或會下降,疊加年底部分企業或存設備檢修,供應端不確定因素增多,而下游廠商紛紛在年底搶量,備貨需求持續提升,短期供需矛盾凸顯,或將進一步推動碳酸鋰價格上漲。從當前庫存情況來看,鋰現貨仍處于偏緊狀態,產業鏈庫存水平較低,尤其是鋰精礦仍在持續去庫,造成當前鋰鹽產能釋放不足,一旦下游主動備庫鋰鹽極易出現結構性短缺。業內預計,鋰礦板塊四季度業績或將繼續超出市場超預期。鋰精礦價格高位運行也成為碳酸鋰價格上漲的“推手”。10月18日,澳洲鋰礦巨頭Pilbara年內第七次、歷史第十次鋰輝石精礦拍賣報價7100美元/噸,較上一輪拍賣6988美元/噸的成交價上漲1.6%,續創歷史新高。在按比例調整鋰含量并疊加運費后,按含量6%鋰精礦中國到岸價計算,本次報價相當于7830美元/噸,預計11月中旬發貨。據隆眾資訊測算,這批礦石生產成電池級碳酸鋰的成本約54萬元/噸,幾近當前市場平均售價。更多內容請看《澳洲鋰礦巨頭鋰精礦拍賣價再創歷史新高!業內:“客戶每天詢單,供給卻跟不上”,供需矛盾何時緩解?》當前,產業鏈企業“搶礦”氛圍濃烈,鋰資源自給率成為業內著力提升的關鍵指標。天齊鋰業依托于澳洲泰利森格林布什鋰輝石礦,實現100%鋰精礦自給自足;贛鋒鋰業目前鋰資源自給率為40%左右,預計未來將達70%左右;融捷股份正加快 250 萬噸/年鋰礦精選項目建設,爭取實現采選冶產能匹配;江特電機積極推動茜坑、牌樓、梅家三個礦區的“探轉采”工作,預計后續鋰云母自給率將會大幅提升。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        瑞達集團瑞啟年產400萬千伏安時OPzV固態鉛碳電池項目盛大開工!

        2022年7月27日上午8點18分,瑞達集團瑞啟年產400萬千伏安時OPzV固態鉛碳電池項目在湖南衡陽松木經開區盛大開工!隨著云計算、大數據、物聯網等高新技術的迅猛發展,“碳達峰、碳中和”成為國家戰略目標,儲能市場的未來前景廣闊。為搶抓這一市場機遇,2022年6月,瑞達集團投資8億元,在衡陽松木經開區建設瑞啟新能源OPzV固態鉛碳電池產業園,并于7月27日正式開工動土。該項目預計2023年初建成投產,達產后預計可實現年產值40億元,實現年稅收2億元。該項目的開工建設,標志著瑞達集團在衡陽投資發展規劃得進一步落實落地,也是助推瑞達集團在衡的高速發展,實現產業集群和原地倍增的重要體現。瑞啟新能源OPzV固態鉛碳電池產業園在雙碳戰略下儲能電源市場將會迎來上萬億的風口,瑞達集團依托技術、產品和產業鏈優勢,正在加快新型儲能產業的布局和發展。瑞達集團計劃5年內對儲能專用OPzV固態鉛碳電池投資200億,全力打造雙碳戰略下OPzV固態鉛碳電池頭部企業,力爭在十年內把衡陽瑞達打造成千億儲能電池生產基地,千億儲能電站集成基地,打造世界級的“雙千億安全新型儲能之都”。瑞啟新能源OPzV固態鉛碳電池產業園的開工建設,正是瑞達集團儲能戰略布局穩步推進的重要一環。項目亮點:OPzV固態鉛碳電池OPzV 納米硅固態鉛碳電池是瑞達于 2006 年成功設計開發的新型儲能用環保硅鉛固態電池;是國內首家成功開發并量產應用的硅鉛固態電池。OPzV采用納米級氣相二氧化硅作為電解質,是百分百固態結構,沒有液體不存在泄露,有效解決了電池熱失控起火的安全問題;其正負極材料、隔板、電解質等材料均是防火防爆級別,不起火不爆炸,不會有安全隱患;舊電池可以回收再生利用,綠色環保,不會造成二次污染。相比傳統鉛酸電池、膠體電池、鋰電池及其他化學能電池,硅鉛固態電池有安全性高、壽命長、經濟性好、資源循環利用等明顯優勢,解決了電化學儲能電池的起火爆炸行業痛點。OPzV納米硅固態鉛碳電池應用場景廣泛,特別是適用于中大型儲能。廣泛應用于工商業儲能、發電側儲能、電網側儲能、數據中心(IDC儲能)、核電站、機場、地鐵等高安全要求的領域。OPzV固態鉛碳電池儲能優勢安全維度材料安全:組成電池的正負極、隔板、電解質等材料是防火防爆級,在明火狀態下,不起火不爆炸;系統由EMS智控管理:保證電池溫升不超過40℃,不會熱失控。環保維度材料環保,采用氣相納米二氧化硅電解質,無游離液體,與外界完全隔絕,對環境友好;制造過程,廢水廢氣廢渣等做到0排放。經濟性維度度電成本低,壽命長;充放電效率94%以上;制造成本還有降低空間。資源維度鉛礦資源豐富,提煉方便,價格低廉;退役電池可達到100%循環再生。(Li儲量少,且屬于消耗性資源;Co屬于稀有金屬。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        老樹新花:純鉛、水平電池引領我國鉛酸電池行業新動力

        近年來,全球化學電池市場中,鋰離子電池異軍突起,化學電池的元老——鉛酸電池的地位似乎岌岌可危。然而,相對于鋰離子電池,鉛酸電池仍然具有成本低、技術成熟、穩定可靠、安全性高、資源再利用性好等比較優勢。7月8日,在上海有色網(SMM)和天能控股集團有限公司共同舉辦的第十七屆國際鉛鋅峰會暨國際鉛鋅技術創新大會——鉛行業市場與技術論壇上,與會的業內專家進一步介紹,最近一些年,我國鉛酸電池行業多項新技術涌現,純鉛電池和水平電池等新型鉛酸電池的制造工藝也不斷成熟,應用領域繼續擴大??此埔巡饺氪勾鼓耗甑你U酸電池,實際仍然噴涌著勃勃生命力。鉛酸電池新技術助力“碳中和”作為工業化最早的電池,鉛酸電池自1859年發明至今已經有160多年的歷史。鉛酸電池的電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液。其在化學電池市場中份額最大、使用范圍最廣,特別是在起動和大型儲能等應用領域,仍具有不可替代的地位。據天能控股集團中央研究院副院長郭志剛在論壇中介紹,目前,全球范圍內來看,鋰離子電池依托能量密度的先天優勢,處于快速增長期;鉛酸電池則處于高位平臺期;而下一代電池技術如鈉離子電池尚處于開發階段。在此背景下,國內鉛酸電池產量近兩年來小幅下降,產量保持在200GWh/年,全球產量維持在400GWh/年。預計到2025年,全球鋰離子電池的產能將是鉛酸電池的3—4倍。不過,鋰離子電池普遍存在著鋰/鈷/鎳等原料成本高,鋰電全周期的碳排放較高,安全性不穩定等缺陷。相較而言,鉛酸電池在成本、穩定性、安全性、再生利用等方面存在優勢。盡管如此,在鋰離子電池迅猛的追趕勢頭下,鉛酸電池確實面臨著“不進則亡”的生存危機。在論壇中,郭志剛重點介紹了目前國內鉛酸電池行業中新型的正極鉛膏技術和真空化成技術。傳統的鉛酸電池正極鉛膏(鉛膏是鉛酸蓄電池活性物質的母體)制作流程長,能耗高,正極和膏現場污染程度大,添加劑采用機械混合,成本也相對高昂。而新的“一步法正極配方復合技術”則是用特種鉛制作粉,形成有用成分均勻分布的復合鉛粉,和膏時只需加入水纖維和硫酸?!跋鄬τ诔R幍牡湫驼龢O鉛膏工藝,一步法的一致性更好,成本能夠降低1000元/噸?!惫緞偨榻B說。其次是真空化成技術。據了解,通常而言,電池在生產完成后,必須先進行化成和測試,然后才能安裝到系統中。電池化成過程采用專門的電池化成設備對電池進行充電和放電,需要高精度電壓和電流,以確保電池實現規定的使用壽命。只有在順利通過測試之后,電池才可以進入市場。目前,電池化成是電池生產過程中的主要瓶頸之一。為了激活剛剛裝配好的電池單元或電池組中的材料,需要花費長達20小時的時間進行充電放電循環。但這個過程必不可缺,因為它極大地影響著電池的使用壽命、質量和成本。據郭志剛介紹,采用常規的化成技術,電池化成時間長,耗用的電量多,集群內部溫度均一性較差,溫度不易控制。而真空化成技術的化成時間短——通常小于半天,化成電量少,極群內部溫度均一性好,溫度易控。通過這一技術,可以達到降本增效,節能減排的目的,并且提高電池化成效率,改善化成極板的均一性,提高電池壽命。此外,鉛酸電池出現的新技術還包括了在正極板柵中使用沖網板柵;正極采用高密度鉛膏、提高活性物質與板柵界面貼合性,在正極配方中優化添加劑(加入錫銻鉍鉛丹/低氧化度鉛丹);在電池隔板中優化粗細纖維比例,從而提高回彈性等。純鉛電池技術進一步成熟純鉛電池最早由美國艾諾斯電池集團下屬的Gates公司于1973年研發成功。通過近50年的不斷研發、改進,純鉛電池的制造技術也得到了長足發展。從電池的電化學性能、結構設計、電池材料(包括外殼材料)、制造工藝及控制等方面來看,純鉛電池都體現了鉛酸電池的極高水平。所謂純鉛電池,是指電池的正負極板柵(板柵是電極的集電骨架,起傳導、匯集電流并使電流分布均勻的作用,是活性物質的載體)和活性物質均采用高純度鉛(99.999%),電池通過連續鑄帶、連續沖網等特殊工藝制造而成。在此次論壇中,據理士國際技術有限公司技術總裁陳軍介紹,傳統鉛酸電池的正負極板柵以鉛為主要原料,但在鑄造時都要加入其它金屬 ,如鉛鈣合金 、鉛鈣錫合金、低銻合金等,形成合金板柵。但合金金屬的加入,導致電池極板在使用過程中腐蝕加快,電池的自放電大,使用過程中失水較快,電池內阻較大,這是傳統鉛酸電池固有的缺陷。雖然各蓄電池廠家對鉛酸電池進行技術更新,設計改造,但傳統鉛酸電池依然存在高溫下環境下的使用壽命較短、浮充使用和循環使用難以同時兼顧、充電時間較長等問題。例如,新疆金風科技有限公司某內部人員此前在一份報告中指出,我國的風力發電機組變槳系統的備用電源多采用普通鉛酸蓄電池。在環境溫度在40—50度時,鉛酸蓄電池的浮充壽命只有不足1年的時間,而目前我國大部分的風力發電機組都在“三北“地區,夏季高溫炎熱,機艙平均運行在40度左右,極大降低了鉛酸蓄電池的浮充壽命。據陳軍介紹,相較于普通鉛酸電池,純鉛電池擁有四大優勢,首先,純鉛電池的適用溫度范圍廣(-40℃至+80℃),特別適應于極惡劣的環境;其次,由于純鉛電池的極板超?。s1mm,傳統電池極板厚度約為3mm),在同一尺寸殼體內,可以裝入更多的極板,大大增加了電池內部的反應面積,從而提高了電池的化學反應效率,并且降低了電池內阻,具有更高的能量密度。再次,純鉛電池具有快速充電接受能力,充電3小時電池容量達到90%以上(一般GEL膠體電池需要8-10小時);最后,由于純鉛電池采用超薄多極板設計,在短時間放電能力上(如城市軌道交通行業30分鐘至2小時放電需求),比傳統鉛酸電池的放電能力提高40%左右。此外,純鉛電池純鉛板柵的腐蝕速率,僅為常規重力澆鑄鉛鈣合金板柵的約1/6,耐腐蝕性能更好。同時由于電池內部雜質少,失水率低,自放電小,每月自放電率小于2%,因此,電池有較長的儲藏壽命,無需再充電時間可達兩年。不過,業內人士向澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者指出,由于純鉛電池的正負極板非?!叭彳洝?,強度不夠,給極板制造帶來了很大的困難,另外極板的疊加和裝配也很難實施。因此早期的純鉛電池采用了卷繞式結構設計,容量最大只有100AH。隨著智能制造技術的快速發展,純鉛電池的極板制造和裝配技術已得到有效解決,電池的單體容量已達到600AH。據了解,純鉛電池的優良特性,使其逐步受到國內通訊行業和城市軌道交通行業的關注,部分城市已開始推廣使用。水平電池實現傳統電池結構突破相較于普通鉛酸電池乃至純鉛電池,水平電池采用了更新型的材料,在電池結構上也實現了顛覆性的突破。易德維能源科技有限公司總經理張正東向澎湃新聞(www.thepaper.cn)記者介紹說,1980年,美國軍方為水平電池研究立項,開啟了鉛酸電池革命的序幕。上世紀90年代末,美國Electro Source公司在全球率先研發出了水平電池的商業技術。一方面,水平電池使用了新材料。以易德維公司的水平電池為例,其采用了復合純鉛板柵,板柵內部核心是航天級高強度玻璃纖維,由多極耳澆鑄而成,抗拉強度可達100546 Kgf/cm2,纖維外層包覆純鉛層(鉛中僅摻入約10%的錫,以增強材料的強度),在2000MPa冷擠壓成型。而后,這些復合鉛絲編織成為板柵結構,涂抹活性物質成為電池極板。這種編織結構使得活性物質接觸面積大,電流密度100%均勻。據易德維能源科技公司內部估測,這種新型復合純鉛板柵的耐腐蝕性是普通重力澆鑄板柵的9倍。不僅如此,跟普通的電池通過極耳、匯流排和跨橋連接不同,水平電池基于雙極性極板技術,采用特殊極板堆疊方式,實現電池內部的立體串并聯,極大縮短了電流的導電路徑,從而大幅降低了電池內阻。較普通電池,水平電池內阻降低了70%左右。同時,電池的正負極活性物質同時涂敷在一塊極板上,更利于大電流的快速充放電。此外,與傳統鉛酸電池和純鉛電池的垂直極板放置不同,水平電池采用極板水平放置,能有效地避免活性物質脫落和電解液分層,促進氧復合,有效提升電池的充電效率和循環壽命?;谶@些突破性的設計,水平電池具有諸多優越性能。據張正東介紹,快充是其一大優勢。相較于普通鉛酸電池,水平電池具有極速快充能力,3C電流(即放電電流是電池標稱容量的3倍)下只需75分鐘就能充滿,充電20分鐘電池容量能達80%以上。低溫環境下水平電池的表現性能也很好。在-50℃的環境中電池能夠一鍵起動,-40℃時電池的放電容量還可達40%以上,超低溫放電能力是普通產品的2倍。這一方面是由于電池的電阻低,另一方面是由于水平電池采用貧液設計,即電解液呈固態狀吸附于隔板,不具有流動性,相較而言,普通電池的液態電解液更容易凍住。特別地,水平電池還具有耐破壞、抗振動的優點。由于水平電池的電解液呈固態狀,外殼即使破損也無液體泄露,而在內部單體間,數百根鉛絲構成了立體串聯并聯網絡,任何破壞均不能將其連接完全損壞?;谶@樣的優異性能,水平電池可適用于重卡,船舶,改裝車,游艇,觀光車,軍用車輛,特種車輛,工業機器人等領域,“未來在儲能領域,憑借其穩定、安全性,水平電池也能發揮重要作用?!睆堈龞|說。目前,易維德公司的水平電池產品在國內外都有成功使用的案例。據張正東介紹,2020年9月,公司的水平電池已使用在挪威位于北極圈內的一座燈塔上。這座燈塔長期處于零下20度的高寒環境中,傳統鉛酸電池每周都需要直升機更換,而鋰電池也不能滿足其要求,易維德公司的水平電池在燈塔上安裝后已經連續使用一年半,電池狀態良好。而在浙江省安吉縣的山區,水平電池也一顯身手。安吉地區坡多路陡,當地環衛車原本使用的是水電池,需要經常加水維護,成本高且麻煩,還存在酸液溢出、腐蝕車架的問題,電池通常在使用至8個月后,環衛車就會出現爬坡無力,甚至遛坡的現象,充電時間也長。2020年10月,當地環衛車換上了水平電池,電池動力強勁,車輛爬坡壓力緩解,電池能快速充電,從而節省了成本,提高了工作效率。不過,張正東向澎湃新聞記者(www.thepaper.cn)坦言,“水平電池仍然屬于全新的產品,仍然處于研發改進的過程,產品還需要得到進一步的檢驗,并沒有實現完全的量產?!蹦壳?,易維德公司的水平電池每天產量約為300只,產品類別包括了超級重卡電池,超級起動電池,船舶專用電池,高性能軍用車輛專用電池等。而據了解,在國內,除了易德維能源科技有限公司外,傳統鉛酸電池的生產廠商如天能集團,超威集團也在進行水平電池的研發,但產品均未進入量產階段。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        1.4萬余噸廢舊鉛蓄電池的威力有多大?

        在一年多的時間里,沈某等人共非法處置1.4萬余噸廢舊鉛蓄電池,造成鹽河水質嚴重污染。從2017年獲悉案件線索,到2021年斬斷犯罪鏈條,江蘇省淮安市清江浦區檢察院生態檢察辦案團隊歷時三年半,將一起刑事附帶民事公益訴訟案辦成了部門上下聯動的精品案。當下,電動車已經成為人們出行的重要代步工具,它使用的是平均壽命約為兩年的鉛蓄電池,兩年后,很少會有人留意這些廢舊電池去了哪里,但在“有心人”眼中,這些“廢品”卻是價值驚人的寶貝。從2017年獲悉案件線索,到2021年斬斷犯罪鏈條,江蘇省淮安市清江浦區檢察院生態檢察辦案團隊歷時三年半,將一起刑事附帶民事公益訴訟案辦成了部門上下聯動的精品案,引發社會各界廣泛關注。七旬老人主動“自首”2017年夏,住在淮安鹽河邊的不少村民反映,空氣中總有刺鼻的酸臭味,水面上還經常出現來歷不明的黑色物體,鹽河的水質被嚴重污染。了解到這一情況后,淮安市清江浦區檢察院作為淮安市環境資源類案件集中管轄院,立即派出生態檢察辦案團隊,提前介入案件,與公安機關一同調查核實污染源。最終,在一個隱蔽于偏遠鄉下的破舊工廠里,查獲了一個緊鄰鹽河的無證拆解廢舊鉛蓄電池的小作坊,廠房有兩個籃球場那么大,里面堆滿了大大小小的電池和被拆解下來的零部件,地面流淌著黑褐色的酸臭液體。正當公安機關和檢察機關準備調查幕后黑手時,一名姓曹的七旬老人主動前來投案。這不禁令人疑惑:“70多歲的外地老人,為什么不在家頤養天年,而要大老遠跑到這里干違法的事?”職業敏感引起了辦案團隊的警覺,這里面可能另有隱情。辦案團隊通過引導公安機關偵查發現,老曹是來頂包的,真正的幕后黑手是沈某、侯某以及老曹的兒子曹某。原來,曾靠倒賣廢舊鉛蓄電池發家的沈某,無意間向侯某吐槽倒賣電池的生意越來越難做,侯某便給沈某支招——“如果把電池里面的鉛煉出來,一噸能賣到一兩萬元,要比倒賣電池賺得多!”考察了侯某在山東投資的廠子后,沈某、侯某、曹某三人一拍即合,在淮安市淮陰區合伙干起了廢舊鉛蓄電池回收、拆解、冶煉、售賣的勾當。其中,沈某負責廢舊鉛蓄電池的收購以及各生產現場的管理,侯某負責聯系從山東運送鉛錠煉制爐,提供部分生產原料,曹某負責對外銷售成品鉛錠。很快,沈某等人就找來會計、現場負責人、工人、駕駛員等20余人,分別從事記賬、稱重、拆解、運輸等工作。落網主犯拒不交代檢察官經實地走訪了解到,小作坊的工人都是從外地過來掙“快錢”的,流動頻繁。在沒有防護的環境中工作,不到一個星期,他們體內的血鉛含量就能達到鉛中毒標準的3倍。而在現場,電池拆解、冶煉過程中產生的液體被隨意傾倒在地上,隔著老遠就能聞到酸臭味,被腐蝕的土地寸草不生,旁邊不到100米就是水源地。2017年11月,沈某等14人被檢察機關批準逮捕。要想依法打擊犯罪,當務之急是查清楚沈某等人到底處置了多少廢舊鉛蓄電池。然而,在檢察官依法對沈某進行訊問時,沈某卻拒不交代犯罪事實。主要犯罪嫌疑人拒絕交代、廢舊鉛蓄電池來源不明、煉出的鉛錠又不知去向……正面出擊受到阻礙,辦案團隊決定從側面分頭突破,一方面引導公安機關對犯罪嫌疑人的住所、手機、電腦等展開排查;另一方面以小作坊為切入點,反復勘查現場、走訪調查。由于沈某先后在多個鄉鎮設置了7個隱蔽窩點,案件調查難度大。檢察官們走訪現場近20次,引導公安機關補充收集證據近千頁,最終從倉庫保管員的記賬本、合伙人侯某家中搜查出的資產負債表以及幾名會計的微信聊天記錄中,找到了與電池重量有關的關鍵證據。經過辦案團隊分工配合,將不同賬目錄入表格,交叉比對時間有無重合,剔除重復數據,最終查明,在一年多的時間里,沈某等人共非法處置1.4萬余噸廢舊鉛蓄電池,對外輸送出價值近億元的鉛錠。經評估,涉案幾個區域生態環境的修復費用近2000萬元。2019年9月,清江浦區檢察院對沈某等14人以涉嫌污染環境罪提起刑事附帶民事公益訴訟。沈某等14人被法院分別判處六年至一年六個月不等有期徒刑,連帶賠償生態修復費用等1800萬余元?!吧蚰车热宋廴经h境案件是近年來淮安市檢察機關在依法履職,深入打好污染防治攻堅戰,保護綠水青山方面的一個成功典范?!庇^摩案件庭審后,全國人大代表、江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼股份有限公司軋鋼廠三軋車間主任楊庚豹這樣評價。斬斷遍布多省市的犯罪鏈條“沈某的拆解、冶煉團伙只是利益鏈條中的一環,其上游有電池供貨商,下游有鉛錠鉛灰收購者、工人、會計、倉庫管理員等?!鞭k案團隊負責人、該院副檢察長張超運介紹。對此,辦案團隊推動公安機關繼續倒查,隨著關聯案件越挖越深,案件事實也愈發令人觸目驚心,這個犯罪鏈條的“足跡”竟然遍布了全國10多個省市。辦案中,辦案團隊成員按照廢舊鉛蓄電池的來源、非法處置過程、鉛錠鉛灰和拆解物去向三條脈絡,分別梳理各行為人的犯意、聯絡和分工。經多次公檢法會商和檢察官聯席會議,統一司法辦案尺度,準確認定行為性質。對明知他人用于廢舊鉛蓄電池拆解冶煉的電池回收、拆解物處置等人以污染環境罪提起公訴,對鉛錠鉛灰收購者則以掩飾、隱瞞犯罪所得罪追究刑事責任。2021年3月29日,涉案的最后一名被告人被判處刑罰。至此,歷經三年半,這條非法回收、拆解、冶煉、銷售犯罪鏈條上的68名不法分子,全部得到了法律嚴懲。至于小作坊里的那些工人,他們既是違法者,同時也是受害者。經過考慮,檢察機關僅對有管理職責的少數人提起公訴,對那些沒有實際參與投資、管理、分成的大多數人,在進行集中普法訓誡后,不再追究刑事責任。此外,辦案團隊還撰寫了案件專項報告,得到淮安市委的高度重視,并先后聯合環保、交通、公安等九部門對870家廢舊鉛蓄電池相關企業開展集中整治,凈化了行業風氣?!艾F在難聞的氣味沒有了,河水也干凈了,有時候還能看到魚咧!”再次來到鹽河邊,村民這樣告訴檢察官。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        鉛酸蓄電池采用哪種方式充電

        鉛酸蓄電池常見的充電方式有恒流充電、恒壓充電、浮充電、過充電等幾種。充電時一般分為兩個階段進行;第一個階段看鉛酸蓄電池容量設定,容量大一些的充電電流可以選擇大一點的,例如60~100Ah蓄電池可以選擇充電電流為夏季一般用10A充電電流;其他季節用15A充電電流,充電6~10h左右。當鉛酸蓄電池電壓升到最大值(即6V蓄電池升至7.5V,12V蓄電池升至15V,24V蓄電池升至為30V)時,第一階段充電結束。第二階段以第一階段充電電流的1/2繼續充電3~5h,使蓄電池升至(6V升至7.8V,12V電壓升至15.5V,24V電壓升至為30V)即可。當蓄電池充足電時,蓄電池電壓上升至額定值,電解液密度不再變化,極板周圍有劇烈的氣泡冒出。蓄電池充電注意事項如下a.嚴格按規范要求操作。b.當電解液溫度超過40℃時,應降低充電電流;當溫度上升至50℃時應停止充電,并采取人工冷卻。c.充電時一定要將加液蓋打開,充電后要過一段時間再蓋蓋,以剩于氣體從蓄電池中逸出。d.充電電路中各接頭要接牢。正確放電。當蓄電池充足電時,即可放電。正確掌握放電深度是保證蓄電池良好工作狀態、延長使用壽命的關鍵。因此,在放電過程中,應定時檢查放電電壓、電流,電解液密度、液溫等數據,分析和確定放電深度,并適時充電。蓄電池的放電容量隨著放電電流的增大而急劇減少。若在10h放電率時蓄電池的容量為100%,則在3h放電率時蓄電池的容量減少為75%。因此,不同用途的蓄電池使用不同的放電率(放電電流)。當蓄電池整體電壓降至2.1V,電解液密度降至1.18g/cm時,應停止放電,以防蓄電池深度放電造成損壞。再者,當發現蓄電池出現以下情況時,應對蓄電池進行過充電,以使其恢復正常使用:a.24V蓄電池放電至電壓為21V以下;b.放電終了后停放1~2晝夜未及時充電;c.電解液混有雜質;d.極板硫化。過充電的方法是,正常充電終了后,改用10h放電率的一半電流繼續充電,在電壓和電解液密度均為最大值時,每小時觀察一次電壓和電解液密度。若連續觀察4次均無變化,而極板周圍冒氣泡劇烈,即可停止過充電。在正常情況下,鉛酸蓄電池的維護、保存比鎘鎳蓄電池簡單得多,鉛酸蓄電池的使用壽命為8~10年,若使用維護不當,其壽命大打折扣。鉛酸蓄電池的正常參數為:電解液的密度為1.285g /cm 3(20℃),單個單格電壓為2.1V。使用和維護鉛酸蓄電池充要注意以下事項①接線應正確,連接要牢靠。為了防止扳手萬一搭鐵而造成蓄電池損壞,安裝時應先接負極,再接兩蓄電池間的連接線,最后接搭鐵線。拆下蓄電池時,則按相反順序進行。②每周檢查一次蓄電池各參數。電解液液面要始終高于極板10~15mm。發現電解液液面下降,要及時補充蒸餾水,切勿使被板露出液面,否則將損壞極板。電解液不夠時,只能加蒸餾水,嚴禁使用河水、井水、自來水,嚴禁加濃硫酸,否則會因電解液密度過大而損壞蓄電池。③要根據地區和氣溫變化,及時調整電解液密度。在氣溫較高的地區采用密度較小的電解液;寒冷地區則電解液密度宜大些,以防結冰。④平時應經常觀察蓄電池外殼是否破裂,安裝是否牢靠,接線是否緊固。及時清除蓄電池表面的污垢、油漬,擦去蓄電池蓋上的電解液,清除極樁和導線接頭上的氧化層,保持蓄電池表面清潔干燥。蓄電池表面太臟,會造成極間緩慢放電,損壞蓄電池。蓄電池極樁處應涂凡士林油保護,防止氧化及生銹。應擰緊加液孔蓋并疏通蓋上的通氣孔。⑤當單個蓄電池電壓低于1.8V或電解液密度低于1.15g/cm3時,不要再繼續使用,應及時充電。每次充電必須充足,防止欠充電。使用中應盡量增多充電機會,經常保持蓄電池在電量充足的狀態下工作。完全放電的蓄電池應在24h內充好電。

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        2021年中國鉛酸蓄電池行業發展現狀與供需情況分析

        自2003年開始在鉛酸蓄電池行業實施工業產品生產許可證制度以來,國家對于鉛酸蓄電池行業制造及回收出臺了一系列的環保政策、標準,環保和行業準入等政策的嚴格執行有利于鉛酸蓄電池行業集中和產業升級。目前隨著我國經濟增長方式的轉變,國家對鉛酸蓄電池行業的環保要求將日益提高。近年來,我國鉛酸蓄電池產量較為穩定,但隨著5G網絡建設的加速推進,鉛酸蓄電池劣勢逐漸顯現,在通信領域的需求將有所下降。多項政策頒布規范行業發展近年來,我國相繼頒布多項政策規范鉛酸蓄電池行業的發展,調整產業結構,淘汰落后產能企業,提高行業的準入門檻,加強對行業污染的整治力度。2017年以來,國家對中國鉛酸蓄電池行業政策制定,主要有兩條主線。一條主線針對廢鉛酸蓄電池的回收利用稅收政策的制定,制定的原因在于,傳統再生鉛企業稅收均在11%左右,而民間鉛回收企業稅收僅為2%-4%左右,甚至有個別企業,將新電池發票當做銷售舊電池的進項做了抵扣。上述現象不僅讓國家損失了稅收,還讓鉛酸蓄行業出現了“劣幣驅良幣”的現象。在這條主線下,《危險廢物經營許可證管理辦法(修訂草案》明確了,采用3%低稅率扶持政策,從稅收的角度合理控制國家廢鉛酸蓄電池回收稅源的規定,2019年1月所頒發的《鉛蓄電池生產企業集中收集和跨區域轉運制度試點工作方案》則進一步規范了鉛酸蓄電池的回收流程。另一條主線,是技術主線,體現在國家對鉛酸蓄電池標準的制定上—。2018年,主管部門發布《電池新國標》,明確了鉛酸蓄電池行業“輕量高能”技改方向,并將此作為推動電動自行車新國標的一個輔助管理手段。隨后,《電動助力車用閥控式鉛酸蓄電池》發布,明確了鉛酸蓄電池行業“輕量高能”技改方向,并將此作為推動電動自行車新國標的一個輔助管理手段。行業發展形勢嚴峻,而且從目前部分前線電動自行車經銷商的反饋可以預知,未來的相關管控將更為嚴格,行業環境也將更為嚴酷。近年來鉛酸蓄電池產量較為穩定近年來,我國鉛酸蓄電池產量較為穩定,均維持在20000萬千伏安時以上。根據中國輕工業信息中心公布的數據顯示,2019年我國鉛酸蓄電池產量為202489萬千伏安時,同比增長4%,2020年,我國鉛酸蓄電池產量為22736萬千伏安時,同比增長12.28%。從結構上看,國內鉛酸蓄電池產量主要集中于浙江、湖北和河北,這三個地方的鉛酸蓄電池產量約占全國總產量的55%;此外,江蘇、安徽、廣東三地的鉛酸蓄電池產量占比均超過5%,其余地區鉛酸蓄電池產量均小于5%。國內鉛酸蓄電池產量最高的省份是浙江省,占全國鉛酸蓄電池總產量的30%;其次是湖北省,占比為13%;河北省的產量位居第三,占比為12%。通信領域鉛酸蓄電池需求將下降通信領域用鉛酸蓄電池是通信網絡中的關鍵基礎設施,主要用于通信交換局、基站供電的直流系統等。2019年被認為是5G發展元年,主流運營商紛紛加速5G網絡部署。2020年以來,我國政府密集部署5G等新基建項目,國內將領先全球,迅速推進5G網絡建設,2020年1月26日,工信部發布數據,2020年全年我國新開通5G基站超60萬個。同時,這也對基站用電池提出更高要求,鉛酸蓄電池劣勢逐步顯現,各運營商開始紛紛轉向鋰電池。與4G基站采用的鉛酸蓄電池相較,磷酸鐵鋰電池在安全性、循環壽命、快速充放等方面具備明顯優勢,可減少對市電增容改造的依賴,降低網絡建設和運營成本,是目前最適合國內5G基站儲能電池的技術路線。業內人士指出,通信基站后備電源電池由磷酸鐵鋰電池逐步替代鉛酸蓄電池是大勢所趨。從技術層面分析,磷酸鐵鋰電池循環壽命長、充放電速度快、耐高溫性能強,能為5G基站降低運行成本、提升運行效率。一般鉛酸蓄電池循環壽命為3-5年,充放電次數為500-600次,而磷酸鐵鋰電池循環壽命達10年以上,充放電次數為3000次以上,也就是說,在基站全生命周期內,如使用鉛酸蓄電池,需要更換電池,而磷酸鐵鋰電池則無需拆換。雖然現階段磷酸鐵鋰電池成本費用比鉛酸蓄電池高1-2倍,但在5000次循環系統使用壽命下,磷酸鐵鋰電池成本費用僅為鉛酸蓄電池的1/3。從長期運行經濟效益來看,磷酸鐵鋰電池使用成本更低。由于國家政策的大力支持,例如新國標引發電池“輕量化”,直接減少對鉛的用量。而鋰電梯次電池逐漸替代鉛蓄電池,2020年中國鐵塔將完全不使用鉛蓄電池。較早之前,中國移動通信集團有限公司也發布公告,計劃采購不超過25.08億元的通信用磷酸鐵鋰電池共計6.102億Ah(規格3.2V)。公開資料顯示,2020年,新建及改造的5G基站磷酸鐵鋰需求量約10GWh,未來磷酸鐵鋰電池市場需求仍將持續增加,鉛蓄電池需求量將繼續下降。一般國內通信基站電池的使用壽命為5年,按照一個基站配備2組48V400Ah鉛酸蓄電池計算,每個基站的需求為38.4Kvah。因此,前瞻測算,2020年,我國通信領域新增基站用鉛酸蓄電池需求規模進一步下降至2304萬千伏安時。注:由于統計局及相關行業協會僅統計每年鉛酸蓄電池的產量,前瞻根據國家統計局提供的鉛酸蓄電池的產量數據以及通信行業發展趨勢,對通信領域新增基站用鉛酸蓄電池的需求規模進行測算,此為測算數據。但是,盡管磷酸鐵鋰電池已在5G基站中廣泛應用,其應用技術也已達到現有5G基站備用電池標準,但想要實現磷酸鐵鋰電池在基站中的規?;瘧眠€有待時日?,F有鉛酸蓄電池還沒有全部退役,磷酸鐵鋰電池想要全部替換鉛酸蓄電池至少還需5-8年時間。此外,磷酸鐵鋰電池的回收技術門檻高、回收流程復雜、回收價值有限等問題也限制了磷酸鐵鋰電池的規?;l展,鉛酸蓄電池回收工藝成熟,且其回收流程簡單,具備一定的經濟性。所以,整體來看,鋰電化會在部分應用場景中成為趨勢,但在用電量大、安全性要求高的場合,鉛蓄電池仍有著不可替代的優勢,但隨著鋰電池技術、安全性的不斷提高,鋰電池對鉛酸蓄電池的替代將越來越明顯。整體來看,在通信領域,我國基站用鉛酸蓄電池需求規模將逐步下降,但要實現鋰電池對鉛酸蓄電池的完全替代,還需要一定的時間。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        美國能源部發布的“儲能大挑戰”報告(三):鋰離子電池和鉛蓄電池

        中國儲能網訊:二.鋰離子電池技術鋰離子電池廣泛應用于固定儲能市場和交通運輸市場,它們也是消費電子產品中的主要電源。多家琛分析機構預計,鋰離子電池在未來10年內仍將占據儲能部署的大部分市場份額。儲能技術正在從鉛酸電池過渡到具有更長的循環壽命和工作壽命的電池,例如鋰離子電池。但是,鋰離子電池的易燃性是需要在系統工程設計進行改進的問題。而普魯士藍類鈉離子電池是另一種提供高功率和極長循環壽命的新型電池,可以滿足苛刻的直流應用性能要求。美國能源部為此為開發和生產這種電池的一家初創公司提供了資助。1.鋰離子電池市場鋰離子電池市場是增長最快的可充電電池市場。從2013年至2018年,鋰離子電池在所有市場的全球銷售額增長了一倍以上。交通運輸行業在鋰離子電池市場上占主導地位,也是增長最快的行業,各種汽車采用了60%的鋰離子電池。根據Avicenne公司發布的調查報告,全球鋰離子電池市場規模在2018年為400億美元,如圖9所示,這相當于在全球部署172GWh的電池儲能系統,到2019年增至195GWh。幾家分析機構預測未來十年的鋰離子市場發展趨勢。其基本假設以及分析中包括的市場取決于具體的來源。本節概述了這些分析和假設。圖9.全球鋰離子電池在未來10年在各種市場的應用圖10. 彭博社新能源財經公司對鋰離子電池在全球各地市場的部署預測圖11. Avicenne公司對鋰離子電池在全球各地市場的部署預測彭博社新能源財經公司(BNEF)和Avicenne公司預測了2030年全球所有市場的鋰離子電池部署情況,分別如圖10和11所示。彭博社新能源財經公司預測,鋰離子電池在全球消費類電子產品、固定儲能市場和運輸領域的應用將超過2TWh。Avicenne公司的預測涵蓋了以下兩種情況的市場以及其他市場(例如醫療設備和電動工具),而兩項研究中,都認為交通運輸行業將采用90%以上的鋰離子電池。彭博社新能源財經公司(BNEF)預計到2030年運輸行業采用的鋰離子電池容量將達到1.8TWh,而Avicenne公司預計到2030年運輸行業采用的鋰離子電池容量將達到0.7~1.0TWh。國際能源署(IEA)發布的《2020年全球電動汽車展望》報告只評估了交通運輸行業,并按國家和地區預測了混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)的銷量。評估的第一種情況是“既定政策,并基于當前的目標、計劃和政策措施。此方案包括各國實現的混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)部署目標、燃油車輛淘汰計劃、購買激勵措施,以及針對全球七個主要市場(美國、歐盟、中國、日本、加拿大、智利、印度)。還考慮了原始設備制造商發布的有關擴大混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)車型范圍的計劃以及擴大其產量的計劃的公告。根據國際能源署(IEA)發布的STEPS方案,到2030年,全球車輛所需的鋰離子電池容量為1.6TWh,這與彭博社新能源財經公司(BNEF)估計的1.8TWh相似。圖12和圖13分別按移動性細分和區域詳細說明了國際能源署(IEA)的STEPS方案。如圖12所示,輕型車輛是采用移動式鋰離子電池的最大類別。而中國擁有最大的移動鋰離子電池市場,如圖13所示。圖12.根據國際能源署(IEA)STEPS情景下預計的全球鋰離子電池部署量(按車輛類別:電動客車、輕型車輛、中型和重型車輛)圖13.根據國際能源署(IEA)STEPS情景下預計的全球鋰離子電池部署量(按地區)鋰離子電池容量是根據全球汽車銷售量(按類別)以及每種汽車的典型車載電池尺寸估算得出的。國際能源署(IEA)還評估了第二種方案“可持續發展方案”,該方案假設混合動力和插電式混合動力電動汽車(xEV)占據了全球輕、中、重型車輛和公共汽車的30%的汽車銷售份額。在這種情況下,到2030年可以增加多達3TWh的鋰離子電池容量。圖14比較了國際能源署(IEA)的這兩種情況。圖14. 根據國際能源署(IEA)STEPS情景下,在xEV行業中預計的全球年度鋰離子電池部署量盡管有許多其他預測,但歐洲電動汽車市場規模在2020年首次超過了中國,預計2020年將超過100萬輛電動汽車。這種增長與歐洲的持續政策和補貼有關,而中國則減少了其電動汽車補貼。例如,德國已設定了到2030年生產710萬輛電動汽車的目標,并為每輛新型電動汽車和混合動力汽車提供最高9000歐元的補貼。德國還將在電池的研究和生產上投資超過15億歐元,計劃到2025年開始擴大生產規模。為了支持電動汽車市場的快速擴展,許多廠商都在投資電動汽車充電基礎設施。全球電動汽車充電端口目前超過了100萬個,這是過去三年總和的兩倍。歐洲是電動汽車市場擴張的領頭羊,其電動汽車充電基礎設施在2017年至2020年之間增長了五倍。在同一時期,中國增長了158%,美國的增長了65%。而在氫燃料電池汽車方面進行了大量投資的日本只增長了30%。與交通運輸行業的增長相比,固定儲能增長比較平緩。這通常是因為可再生能源通常是成本最低的發電來源,但是需要存儲其電力以減緩可變性。而美國是全球固定儲能部署的領導者。例如,在太陽能發電設施替代裝機容量為9GW的天然氣發電設施之后,加州電網估計需要部署裝機容量為12GW的儲能系統進行平衡。到目前為止,加州公用事業委員會已批準了裝機容量總計為5.1GW的電池儲能系統,計劃到2022年完成部署。2.鋰離子電池的制造圖15.全球鋰離子電池生產區域如圖15所示,全球鋰離子電池制造的大部分都在中國、美國、亞洲其他國家和歐洲各國。如今,中國以將近全球電池產能80%(電池容量為525GWh)占據市場主導地位。此外,到2025年電池產能將達到1400GWh,其市場占有率超過60%(圖16)。相比之下,美國落基山研究所預計2023年全球鋰離子電池的生產能力為1300GWh,其中一半在中國。圖16.  計劃建設(藍色)或在建(紅色)的鋰離子電池制造工廠生產能力美國是全球第二大電池生產國,其電池生產能力為當前全球電池生產容量的8%,這主要歸功于內華達州運營的特斯拉和機松下公司合資的電池工廠。而如今美國正在建設更多的電池生產工廠,而憑借積極的新法規和政府支持的融資,歐洲的電池制造業有望顯著增長。盡管當今中國在電池制造業中已經確立主導地位,但由交通運輸行業推動的增長可能會改變未來的全球足跡。歐洲為在本地和區域性增長制定了強有力的政策和激勵措施。歐洲電池聯盟預測,到2025年,歐洲的電池制造行業規??赡苓_到2500億歐元。目前,計劃在法國的杜文市和德國的凱撒斯勞滕建設兩個大型生產工廠,這些工廠可以為100萬輛電動汽車生產電池。法國和德國在電池生產的投資分別為15億歐元和35億歐元。圖17和圖18總結了鋰離子電池的四個主要部分的整體制造能力:陽極、陰極、電解質鹽和電解質溶液。目前,鋰離子陽極主要由石墨組成,并主要由五個國家生產:中國、日本、美國、韓國和印度,分別占到全球產量的76%、13%、6%、4%和1%。鋰離子陰極在9個國家和地區生產,其組成隨著新的低鈷化學技術的發展而變化。超過一半(58%)在中國制造,其次是日本和韓國,它們分別占近17%。美國生產的陰極不到全球的1%。中國制造占多數。圖17.全球鋰離子電池組件制造分布電池和原料(例如金屬)的供應和精煉以及各種鋰離子化學物質的分配是鋰離子市場上的重要考慮因素,但不在本文檔的范圍之內。3.鋰離子電池研發美國能源部車輛技術辦公室已經確定了xEV電池(以及12V起停動力電池)的商業化所面臨的主要挑戰:成本、性能、壽命、耐受性、回收利用和可持續性。針對這些改進的關鍵研究領域包括:?快速充電能力?硅陽極?高能的低鈷陰極?高壓陰極?高壓電解液?鋰金屬陽極?固態電池?電池回收。圖18提供了xEV鋰離子電池的成本和技術發展趨勢。圖19概述了候選電池技術及其滿足美國能源部(DOE)成本目標的可能能力。由于不同電池技術的差異很大,電池研究還包括多個活動的重點是解決整個電池供應鏈中的高成本領域。圖18.電動汽車鋰離子電池的成本和技術趨勢圖19.未來各種電池技術成本降低的潛力三、鉛酸電池鉛酸電池如今已經廣泛應用在交通運輸和固定儲能市場用,主要為所有類型的公路和越野車輛提供SLI服務。此外,鉛酸電池大量應用在工業部門,其中包括電信行業備份電源、UPS和數據中心以及叉車。如今,用于電網相關儲能系統的應用量相對較少。1.鉛酸電池市場2013~2018年,全球鉛酸電池年銷售額增長了20%以上,達到370億美元。目前,鉛酸電池占到所有可充電電池市場的70%以上;鉛酸電池銷售額的75%來自汽車SLI領域。江森自控公司以233億美元的銷售在汽車行業占主導地位。而Enersys公司以142億美元的銷售額在工業行業中領先。圖20和圖21分別以應用場合和行業銷售額(10億美元)與儲能容量(GWh)的比例展現當前的全球鉛酸電池市場情況。圖20.按應用劃分的2018年全球鉛酸電池部署量(%GWh)圖21.按公司劃分的2018年鉛酸電池銷售量Pillot 公司預測,到2030年,鉛酸電池需求將以5%的年增長率增長(如圖22所示)。盡管鉛酸電池目前是固定和運輸應用(對于SLI)中最常見的電池,但預計到2025年它們的儲能容量(GWh)仍將領先,但可能會滯后于銷售額。希望在2020年及以后,輕度混合動力和啟?;旌蟿恿ζ噷⒊蔀楦呒夈U酸電池的增長領域。圖22.預計全球所有市場的鉛酸蓄電池需求預計到2025年,新車的銷售量將使鉛酸電池需求可能小幅增長,屆時其增長將趨于平穩(如圖23所示)。由于更換電池的時間比較頻繁(最短的工作壽命為3年),盡管中型和重型車輛的電池規模更大,但由于它們在總銷量中的顯著優勢,所有SLI應用(GWh)中有70%以上都來自輕型車輛(如圖24所示)。圖23.彭博社新能源財經公司預計各地汽車銷量中鉛酸電池產能的增長圖24.按類別劃分的汽車銷量預計鉛酸電池產能增加量用于混合動力汽車起停(12V)的鉛酸電池是鉛酸電池市場潛在的增長領域。微型混合動力汽車比傳統汽車節省5%的燃料,其價格比全混合動力電動汽車便宜10倍。如圖25和26所示,2017年是固定儲能市場鉛酸電池快速增長的元年。圖25表明,其增長主要是由中國的強勁市場需求推動的,歐洲也有一些增長,而美國的增長則很少。圖26詳細說明了應用領域細分情況。在2017年之前,固定市場主要是與電網相關的應用,此外工業用途也推動了爆炸性增長。鉛酸電池行業廠商認為,基于技術進步和市場發展,鉛酸電池在未來的固定式儲能市場中仍然具有巨大的商機,其中包括:·投資于電池雙極設計以增加能量密度,并降低成本?!び脩魝葍δ芎推渌麑Π踩陵P重要的應用?!る娦判袠I將在發展中國家發展,并用于5G技術的部署。圖25全球鉛酸電池市場增長主要是由中國的強勁需求推動(2008年~2020年)圖26  鉛酸電池在各種領域的應用(2008年~2020年)2.鉛酸電池在美國的生產在美國,鉛酸電池行業的年產值為263億美元。它們在美國國內生產,并且99%被回收。鉛酸電池在美國18個州生產。此外,美國有10個州有電池回收設施,有9個州擁有技術開發設施,還有10個州的公司為鉛酸工業提供原材料(例如石墨)或設備。鉛酸電池行業已經在美國38個州創造了近25,000個工作崗位(制造?;厥?、運輸、分配和采礦)。圖27和28分別顯示了美國電池制造設施分布和創造的就業機會。圖27.美國鉛酸電池行業及相關產業分布圖28美國各州與鉛酸電池行業相關的工作分布

        作者: 劉伯洵編譯 詳情
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        天氣驟冷,磷酸鐵鋰電池儲能在低溫環境下的運行特性

              北風起,大雪飛,天氣驟冷,隨著寒潮的來臨,磷酸鐵鋰電池儲能在低溫環境下的運行特性引發普遍關注。特別是在我國西北部,內蒙、青海等部分地區氣溫將降到-20℃以下,隨著漫長嚴寒的冬季的到來,部分地區極端最低溫度可達-40℃左右,對磷酸鐵鋰電池儲能電站的運行條件提出嚴苛的考驗。西北地區由于豐富的風光資源和廣闊的土地,是新型電力系統新能源建設的主戰場,特別是國家推動在沙漠、戈壁、荒漠地區建設大型風光基地,西北地區也是主要的建設場所,通過配套建設磷酸鐵鋰電池儲能或共享儲能電站是提升電網調節性能力的主要方式之一。磷酸鐵鋰電池作為當前最廣泛使用的電化學儲能電池類型,市場占比超過90%。磷酸鐵鋰電池最佳運行環境溫度在25℃左右,低溫性能差是磷酸鐵鋰電池儲能電站的主要缺點,在低溫時磷酸鐵鋰電池主要表現出電解質黏度增大,電解質結晶,離子電導率下降,負極脫嵌鋰困難,負極表面析鋰,鋰離子在正負極之間遷移速率變慢,內阻增大等特征。以某品牌磷酸鐵鋰電池為例,其允許運行環境溫度在-30~55℃左右,需要注意的是,此溫度區間主要指其安全運行溫度,并非電池的最佳性能運行溫度,在0.25P的充放電功率下,0℃時可放電能量在80%左右,-10℃時可放電能量在65%左右,而在-20℃時可放電能量僅在50%左右,隨著運行環境溫度的下降,其可放電能量急劇下降。更為重要的是,磷酸鐵鋰電池若長期儲存或運行在極端低溫環境下,可能會造成不可逆的永久損傷,造成巨大的安全風險和經濟損失??梢钥闯?,磷酸鐵鋰電池運行在0℃以下的溫度下,無論是電動汽車還是儲能電站,電池的性能均受到嚴重影響,應當采取措施改善電池的運行環境溫度。針對磷酸鐵鋰電池的低溫問題,通過艙體采取保溫隔熱材料、配置空調或液冷機組、合理設計風道或液冷管路等措施維持儲能系統的運行環境溫度至關重要,一般維持運行環境溫度在15-25℃左右。目前,磷酸鐵鋰電池儲能設備以預制艙集成戶外布置為主,以常規風冷熱管理方式為例,配置工業空調維護電池艙環境溫度,同時根據熱仿真實驗進行電池艙的風道設計,保障電池簇溫度以及溫度均衡,并保證電池的一致性。此外,在環境溫度過低時,空調常常面臨啟動困難等問題,一般可通過配置電加熱器來輔助抬升艙內溫度。隨著液冷熱管理方式的逐步普及,環境溫度過低時,乙二醇水溶液經液冷板加熱電池維持儲能系統運行溫度也是主要方式,目前主流廠家液冷設備的允許最低環境溫度在-25~-30℃左右,在更低的環境溫度下液冷系統的適應性和經濟性也需進一步研究。行業也通過研究正負極和電解質材料緩解電池的低溫性能差的固有屬性,例如通過研發低溫電解質、正極材料摻雜少量元素、負極材料表面處理或包覆等手段提升其低溫性能。目前,內蒙、青海、冀北等風光資源富集地新能源普遍配置磷酸鐵鋰電池儲能滿足新能源并網需要,多個項目也已并網投運,改善磷酸鐵鋰電池固有性能和研究溫度管理技術對保證西北嚴寒地區儲能系統的安全高效運行至關重要。

        作者: 禾木 詳情
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        可充電鋰電池枝晶難題破解

        (實習記者張佳欣)據最新一期《焦耳》雜志報道,美國麻省理工學院研究人員解釋了可充電鋰電池枝晶的形成原因以及如何防止其穿過電解液的方法。這一發現最終可能開啟一種新型可充電鋰電池的設計之門,這種電池比目前的版本更輕、更緊湊、更安全。到目前為止,可充電鋰金屬電池的商業用途還很有限,其中一個原因是枝晶。枝晶可在鋰表面堆積,滲透到固體電解液中,最終從一個電極交叉到另一個電極,使電池短路。麻省理工學院的早期研究發現,鋰離子固體電解質材料在電池充放電過程中來回穿梭,會導致電極的體積發生變化。這不可避免地在固體電解液中產生應力,它必須與夾在中間的兩個電極保持完全接觸?!盀榱顺练e這種金屬,就必須擴大體積,因為新的質量正在增加。因此,鋰電池一側的體積增加了。如果有哪怕是微小的缺陷存在,就將對這些缺陷產生壓力,從而導致開裂?!毖芯繄F隊現在發現,這些壓力會導致裂縫,從而形成枝晶。事實證明,解決問題的辦法是以正確的方向和適當的力量施加壓力。之前,一些研究人員認為枝晶是由純電化學過程而非是機械過程形成的,但該團隊的實驗表明,導致問題的是機械應力。電池枝晶的形成過程通常發生在不透明材料的深處,無法直接觀察到,因此研究人員開發了一種使用透明電解液制造薄電池的方法,可直接看到和記錄整個過程。該團隊證明,他們只需施加和釋放壓力,就可直接控制枝晶的生長,使枝晶與力的方向完全一致。對固體電解質施加機械應力并不能消除枝晶的形成,但它確實可以控制它們的生長方向。這意味著可以引導它們與兩個電極保持平行,并防止它們穿過另一側,從而變得無害。另一種方法是在材料中“摻雜”嵌入原子,使其變形并處于永久的應力狀態。實驗表明,150到200兆帕斯卡的壓力足以阻止枝晶穿過電解液。此前,人們認為類似三明治的多層結構可防止枝晶結構生成。但新的實驗證明,在垂直于電池極板方向上擠壓材料實際上會加劇枝晶結構的形成。取而代之的應該是沿著平面的壓力,就像是從三明治側面擠壓一樣。

        作者: 沈陽蓄電池研究所有限責任公司新聞中心 詳情
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        鋰價“不降反升”,拐點在哪里?

        近期,碳酸鋰價格最高達到60萬元/噸。本公眾號今年9月的文章《脫韁的鋰價,奔向何處》,從多個角度分析了鋰價的影響因素,并認為“鋰價回歸之路,不會太順暢平坦,可能比很多人的預期要坎坷滯緩一些”。彼時,很多人還樂觀地以為鋰鹽價格高位企穩、有望回落,結果“不降反升”。這一輪碳酸鋰價格上漲,也讓鋰電池產業鏈上下游企業陷入持續躁動與不安。如今,碳酸鋰價格達到60萬元/噸的新高,我們也盡量嘗試尋找價格“拐點”的重要指標。我們無法預知準確的鋰價走勢曲線,但我們可以盡量判斷大致輪廓。01鋰價不降反升,行業繼續躁動近日,長安汽車董事長在中國汽車工業論壇上吐槽,痛陳當下汽車企業的“茍且”,缺芯、貴電的問題突出,并建議有關部門依法開展反暴利行動,堅決打擊個別企業的原材料囤積和炒作,整治電池行業亂象。無獨有偶,廣汽集團董事長在今年7月的世界動力電池大會上也調侃,汽車企業的錢都被鋰電企業賺走了。此后,廣汽集團便公告成立鋰電池公司,并于10月底正式成立。更有意思的是,廣汽在11月初便迫不及待地宣布簽約礦企成立合資公司布局原材料降成本,完善上游原材料領域的戰略布局??梢?,對于下游車企的“向上一體化”,鋰電池并非終點,上游鋰礦才是終點,因為鋰礦才是這一系列價格亂象的罪魁禍首。所以,整個產業鏈,不是鋰電池環節的問題,而是上游鋰礦環節的問題。需要強調的是,隨著鋰鹽價格的高企,以及境外鋰礦資源可控性問題日漸突出,也不斷擾亂了整個產業鏈的神經,一方面下游需求變得脆弱,另一方面向上買礦成為流行的沖動。素不知,此時進場買礦,反而進一步抬升了鋰鹽的開采成本,這讓鋰鹽價格的未來回歸之路充滿了更大變數。不管怎樣,鋰價高企正在讓全行業進入艱難的選擇,似乎要么坐以待斃,要么進場豪賭,這就也可以理解汽車巨頭的反應了。02鋰鹽定價的核心邏輯那么,何時是個頭?拐點在哪里?關于鋰價的影響機制,《脫韁的鋰價,奔向何處》中做了全面分析。這一輪鋰價上漲,本質是需求驅動,下游需求彈性較大,而上游供給缺乏彈性,導致供需迅速失衡,短期又難以恢復平衡,加之預期推波助瀾,鋰價應聲迅速上漲。這個供需失衡,不是鋰鹽供給與終端電動汽車及儲能的實際需求失衡,而是與直接下游鋰電池環節的采購需求失衡。目前,市場普遍的觀點:2021年全球鋰鹽產量約50萬噸LCE,需求量約55萬噸LCE;2022年預計產量約70萬噸LCE,需求量約75萬噸LCE;2023年預計全球供給和需求在100萬余噸LCE,仍然處于緊平衡狀態。換言之,上游鋰鹽供給跟終端需求是大致匹配的,但與中游鋰電池產能的需求是不匹配的,近年中游鋰電池環節大量資本涌入,已經有1TWh的名義產能,同時還有TWh級的產能規劃,且非富即貴、財大氣粗,鋰電池產能增速大幅高于鋰鹽擴產增速,放大了對上游鋰鹽的供需矛盾。所以,僅僅分析上游供給和終端需求的平衡度,來預判鋰鹽價格的變動趨勢,是不準確的。在這個邏輯下,不是下游新能源汽車及儲能需求收縮就可以對上游鋰鹽供給造成打壓,關鍵還是中游鋰電池的產能進擊情況何時出現拐點。即便下游終端需求因為成本高企而退縮,但如果中游鋰電池環節在資本的追捧下仍然需求旺盛,也不會導致鋰鹽價格回落。大量資本涌入,改變了鋰電池企業的決策機制,不是以“凈利潤”為依據決定是否開工,而是以“現金流”為依據決定是否開工,而“現金流”因素中最重要的就是資本投入產生的折舊,近年龐大的資本投入囤積了大量的產能及折舊,這些資本成為激化上游鋰鹽“供不應求”、助推鋰鹽價格大漲的首要因素。03鋰價拐點在哪里?從這兩年情況來看,鋰鹽供給與終端需求的平衡狀態對鋰鹽價格形成并不敏感,而且明年還會繼續維持這種狀態,但并不代表鋰鹽價格形成機制一層不變。綜上分析可知,鋰電池產能端的變化對鋰價拐點的形成才更加敏感,且至少兩個“前瞻性指標”可以洞見鋰電池環節的需求變化:一是鋰電池企業“資本支出”增速,這個從目前鋰電池行業整體產能落地情況和鋰電設備訂單預期來看,已經開始放緩,頭部企業“在建工程”增速以及鋰電設備企業“存貨”增速均開始回落,預計2023年將更加明顯;二是鋰電池產能“現金流平衡點”,鋰鹽端勢必“吃干榨盡”,直到鋰電池行業整體達到“現金流平衡點”。目前行業整體毛利率在持續下降后已經在“利潤平衡點”掙扎,但由于近年鋰電池行業大量資本投入形成了巨量“折舊”,導致“現金流平衡點”的容忍度較高,開工熱情依然較高,市場份額為王,但部分鋰電企業“經營現金流凈額”已經持續下降,預計要到2023下半年甚至2024年才會向“現金流平衡點”挑戰。上述情形也解釋了為什么鋰鹽價格大漲,但鋰電池企業仍然呈現“熱火朝天”的景象。不過,綜合來看,鋰鹽價格繼續上漲的動力已經開始減弱,但價格回落尤其大幅回落尚需時日,2023年底之前預計將保持高位。這兩個指標,第一個指標相對容易觀察,且已經有一定端倪;第二指標涉及個體現金流情況難于及時把握,如果依靠上市公司數據則會滯后。這也是為什么無論光伏硅料,還是鋰鹽價格的趨勢把握,比較困難,因為沒有系統性宏觀指標可以參考,只有把握大量微觀數據才有效。但無論怎樣,方法對了,認知就不遠了,關于鋰鹽價格我們需要緊盯鋰電池端的開工需求而不是終端用戶的裝機需求,鋰電池企業激情不減,鋰鹽價格不跌。

        作者: 沈陽蓄電池研究所有限責任公司新聞中心 詳情
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        鋰電池產業在全球占據主導位置

        在數字時代,有兩項發明被認為對推動歷史進程具有重要意義。一項是半導體,作為芯片的基本元件,構成了現代電子產品的“大腦”;另一項是鋰離子電池(以下簡稱“鋰電池”),作為能源載體驅動全世界的運轉。鋰電池與我們每個人生活密切相關,從幾乎人手一部的手機到筆記本電腦,再到蓬勃發展的新能源汽車和儲能產業都離不開它。鋰電池雖然首先由歐美國家發明,在日本實現產業化,但當前主導權在中國,特別是被喻為新能源汽車“心臟”的動力鋰電池產業發展迅速,截至2021年底,我國產能約占全球70%。我國鋰電池產業實現從跟跑、并跑到領跑的跨越式發展。我國自20世紀90年代初期開始進行鋰電池研發,1997年建成第一條鋰電池生產線。2000年,日本鋰電池年產量達5億多只,占全球市場超90%,而我國年產量僅0.35億只,且性能遠不及國外產品。2000年以前,我國還處于跟隨和模仿階段。為順應社會發展需求,伴隨技術的進步,我國相繼出臺一系列政策,推動鋰電池產業發展,在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》中,動力鋰電池被列為高效能源材料技術的優先發展方向。在一系列國家政策支持下,我國鋰電池產業進入快速成長階段,有了長足的進步。、、等鋰電池企業迅速崛起。2013年,我國鋰電池年產量近47.68億只,成為全球電池制造大國,實現了從跟跑到并跑的轉變。近幾年,在碳達峰碳中和目標引領,以及新能源汽車、電化學儲能等下游產業的旺盛需求帶動下,我國鋰電池產業快速發展,已在全球占據主導位置,連續五年成為全球最大鋰電池消費市場。工信部賽迪研究院發布的《2021中國鋰電產業發展指數白皮書》顯示,2021年,全球鋰電池市場規模達到545GWh,中國鋰電池市場規模約324GWh,占全球市場的59.4%。此外,我國鋰電池產品種類不斷完善,電池的能量密度、充放電循環壽命、制造成本以及安全性等技術指標也得到大幅提升,基本實現從并跑到領跑的轉變。全球十大鋰電池廠家排名中,中國占據了6席,其中寧德時代已連續五年位列全球第一。近年來,我國新能源汽車市場保持高速增長。2022年,我國新能源汽車銷量有望突破500萬輛,新能源汽車的產銷量和保有量持續多年保持在全球首位,占比超50%。我國新能源汽車發展態勢良好,但人們關注的新能源汽車的電池安全、續航里程、快速充電、成本等問題依然沒有完全解決,這給上游的動力電池技術和產業發展指明了方向。研發兼具高能量密度、超安全、快充、長循環壽命和低成本的動力電池是鋰電池行業的奮斗目標,也是最終獲得全球動力電池主導權的關鍵。國內學界和產業界,一方面需要從電池的正負極材料、電解液、隔膜等優化改性入手,對全電池體系進行優化設計,進一步提升電池的綜合性能;另一方面需要研發新的電池材料體系,創新結構設計,實現電池性能的本質性突破。從短期看,需要通過對現有材料體系的迭代升級和電池結構革新來提升鋰電池能量密度,通過提升鋰電池正負極材料的穩定性、電解液和隔膜安全性等來提升電池安全性。從長期看,為了應對不同應用場景下的不同需求,鋰電池技術路線將朝多元化方向發展,除磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池外,發展新的能量密度更高、綜合性能更優越、更安全的電池體系勢在必行。(中國科學技術大學教授?孫金華)

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        鋰電池“太貴” “平替”鈉離子電池有望“迎風”

        鋰價高企之下,有替補預期的鈉離子電池板塊再度引起熱議。10月27日上午,傳藝科技控股孫公司江蘇傳藝鈉電科技有限公司(以下簡稱“傳藝鈉電”)舉辦鈉離子電池中試線投產儀式引發關注。從事鈉離子電池研究股價瘋漲在這幾年鋰電價格始終“高高在上”的情況下,相對鋰離子資源更為豐富、價格更為低廉的鈉離子開始引發投資者爭相追逐。今年6月23日,主營業務原為筆記本電腦零組件制造的傳藝科技宣布旗下子公司設立合資公司江蘇傳藝鈉電科技有限公司(下稱“傳藝鈉電”),主要從事鈉離子電池及相關原材料研發、生產及銷售。10月27日上午,傳藝科技控股孫公司江蘇傳藝鈉電科技有限公司(以下簡稱“傳藝鈉電”)舉辦鈉離子電池中試線投產儀式。據悉,傳藝鈉電中試線使用廠房面積6000余平方米,總投資約5000萬元,購置設備100余臺套,建成年產200MWh鈉離子中試線及相應配套的正極材料和負極材料產線。經過三個多月的建設、安裝調試,目前已具備投產條件。從電腦組裝到進入鈉離子電池領域,傳藝科技股價在短短4個多月時間中,漲幅已超過300%。在今年6月23日傳藝科技宣布設立傳藝鈉電后,從6月23日至7月1日,傳藝科技股票連續7日漲停。隨后持續震蕩上漲,過去4個月,傳藝科技股價一度從原來的不足10元/股,一度漲至51元/股附近,股價相對估值PE(TTM)達到了91倍。產業化進程獲突破多家企業上馬鈉離子電池項目實際上,今年以來,除了傳藝科技,不斷有上市公司上馬或宣布鈉離子電池相關的項目,同時鈉離子電池的產業化進程也獲得突破。9月,美聯新材與七彩化學宣布共同投資25億元人民幣,建設年產18萬噸電池級普魯士藍(白)產業化項目,致力于鈉離子電池正極材料普魯士藍(白)系列產品的研究開發及產業化,助推鈉離子電池產業發展。此外,華陽股份也宣布,公司投資建設的鈉離子電芯生產線設備安裝調試已完成,公司于當日舉辦鈉離子電芯生產線出品儀式。作為鋰電池領域的龍頭,寧德時代也不會錯過對于鈉離子電池的布局,事實上,寧德時代在2021年就率先發布了第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度達到160Wh/kg,創下全球最高水平。此后10月21日,寧德時代也在電話會議上表示,公司鈉離子電池產業化進展順利,供應鏈布局上需要一些時間,已與部分乘用車客戶協商,明年將會正式量產。雖然眾多公司紛紛布局鈉離子電池,但需要注意的是,鈉離子電池的技術和產業尚未完全成熟。傳藝科技也直言,鈉離子電池屬于新的技術產品,需要新開拓終端市場和需求,市場的培育和開拓也存在不確定性;華陽股份也指出,公司鈉離子電芯作為市場上全新的技術產品,商業化應用還需要相關認證,其量產和銷售尚需要一定周期。據統計,當前已有超過 60 家鋰電產業鏈企業布局鈉離子電池正負極材料、電解液等領域,持續推動著鈉離子電池的產業化加速。鈉離子電池有其優勢但目前產業鏈暫未成型需要指出的是,相對于鋰離子電池,鈉離子電池低溫性能好、適合快充、安全穩定,最重要的是鈉電池成本較低。有統計數據顯示,鋰離子電池所需的鋰、鈷、鎳在地殼中的豐度僅為17ppm(百萬分之一),30ppm和90ppm;相比之下,鈉離子電池所需的原材料較容易獲得。有新能源分析師對記者表示,相比于鋰電池,鈉離子電池的優勢在于鈉元素的來源渠道更多、且相對鋰元素成本低;目前來說更適用于低速、續航里程兩百公里左右的小型電動車,以及一些兩輪車,在一定程度上替代或補充鋰電池當下的缺口。同時,該分析師表示,雖然鈉離子電池有諸多優點,但是目前鈉離子電池還存在能量密度低、循環壽命較短等缺點,仍然需要攻克眾多技術難點。此外,目前鈉離子電池生產成本較高,完全產業化、大規模的生產時間點還沒有到來,待小批量推廣后,產業鏈逐漸成熟后,鈉離子電池性價比才能凸顯出來。對此,國泰君安證券也表示,鈉離子電池廣闊應用空間或于2023年開啟,頭部正極企業具有先發優勢。從布局正極材料的企業類型來看,技術布局領先、規劃化生產經驗豐富的鈉電初創企業和傳統鋰電企業跨界正加速鈉離子電池正極材料的研發和產業化進程。

        作者: 記者 朱寧 詳情
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        碳酸鋰價格屢創新高,鋰鹽企業集體大賺

        新能源行業景氣度持續攀升,“家里有礦”的上游企業賺得盆滿缽滿。10月23日晚間,鋰電板塊業績“預增王”融捷股份(002192)發布三季報,前三季度實現營業收入16.82億元,同比增長208.65%;凈利潤12.55億元,同比增幅達45.33倍;公司銷售凈利潤率高達76.74%。同日,另一鋰鹽企業中礦資源(002738)三季報也新鮮出爐,同樣呈高增長態勢,前三季度錄得凈利潤20.51億元,同比增長5.8倍。因鋰電上游產能擴產遠不及下游需求增速,以碳酸鋰為代表的鋰鹽產品供不應求情況凸顯,推動價格水漲船高。據上海鋼聯數據,目前電池級碳酸鋰價格已達54.25萬元/噸,創歷史新高。業內人士表示,鋰鹽供需矛盾短期尚難緩解,鋰價仍將維持高位運行,資源自給率高且量增明顯的公司有望持續受益。鋰鹽企業集體大賺結合此前的三季度業績預告,本次融捷股份、中礦資源實際實現的凈利潤均穩穩地落在業績預告區間的中間位置。除盈利水平外,兩家企業現金流及毛利水平亦表現亮眼?,F金流方面,融捷股份、中礦資源經營性凈現金流分別為7.2億元、11.3億元,同比增速達42倍、5.3倍;毛利率分別為39.35%、49.52%,同比增長16.11、0.58個百分點。對于業績增長的原因,兩家鋰鹽企業異口同聲地表示主要得益于鋰電材料其及產品價格 持續上漲、鋰精礦自給率提升及碳酸鋰產線達產。另外,融捷股份因經營鋰鹽業務的聯營企業成都融捷鋰業大幅盈利,確認的投資收益大幅增加。量價齊升背景下,鋰鹽企業業績紛紛報喜,成為產業鏈名副其實的“吸金大王”。業績預告顯示,“鋰業雙雄”天齊鋰業、贛鋒鋰業前三季度預計盈利均超百億。其中天齊鋰業預計前三季度實現凈利潤152億元-169億元,同比增幅達27.7倍-30.9倍;贛鋒鋰業凈利潤為143億元-153億元,較上年同期增長4.8-5.2倍。除此之外,蔵格礦業、雅化集團、江特電機、西藏礦業也迎來大豐收。日前剛剛披露三季報的蔵格礦業前三季度實現營業收入、凈利潤為57.13億元、41.66億元,同比增長172.11%、404.89%;雅化集團、江特電機預計前三季度分別實現凈利潤34.6億-36.6億元、19億-21億元,同比增幅分別達4.5-4.8倍、6.6-7.4倍;西藏礦業前三季度約為4.5億元-6億元,同比增長251.88%~369.17%。鋰價創歷史新高亮眼的業績折射出鋰電資源端供不應求、原料屢創新高的市場現狀。上海鋼聯數據顯示,8月中旬以來,電池級碳酸鋰開始持續上攻并突破50萬元/噸大關,近期日均漲幅更是超2000元/噸,截至10月21日市場均價達54.25萬元/噸,創歷史新高。華西證券研報認為,不排除今冬電池級碳酸鋰價格漲至60萬元/噸的可能性。隆眾資訊鋰電池行業分析師曲音飛告訴證券時報·e公司記者,進入四季度,青海、西藏等地受天氣影響,碳酸鋰產量或會下降,疊加年底部分企業或存設備檢修,供應端不確定因素增多,而下游廠商紛紛在年底搶量,備貨需求持續提升,短期供需矛盾凸顯,或將進一步推動碳酸鋰價格上漲。從當前庫存情況來看,鋰現貨仍處于偏緊狀態,產業鏈庫存水平較低,尤其是鋰精礦仍在持續去庫,造成當前鋰鹽產能釋放不足,一旦下游主動備庫鋰鹽極易出現結構性短缺。業內預計,鋰礦板塊四季度業績或將繼續超出市場超預期。鋰精礦價格高位運行也成為碳酸鋰價格上漲的“推手”。10月18日,澳洲鋰礦巨頭Pilbara年內第七次、歷史第十次鋰輝石精礦拍賣報價7100美元/噸,較上一輪拍賣6988美元/噸的成交價上漲1.6%,續創歷史新高。在按比例調整鋰含量并疊加運費后,按含量6%鋰精礦中國到岸價計算,本次報價相當于7830美元/噸,預計11月中旬發貨。據隆眾資訊測算,這批礦石生產成電池級碳酸鋰的成本約54萬元/噸,幾近當前市場平均售價。更多內容請看《澳洲鋰礦巨頭鋰精礦拍賣價再創歷史新高!業內:“客戶每天詢單,供給卻跟不上”,供需矛盾何時緩解?》當前,產業鏈企業“搶礦”氛圍濃烈,鋰資源自給率成為業內著力提升的關鍵指標。天齊鋰業依托于澳洲泰利森格林布什鋰輝石礦,實現100%鋰精礦自給自足;贛鋒鋰業目前鋰資源自給率為40%左右,預計未來將達70%左右;融捷股份正加快 250 萬噸/年鋰礦精選項目建設,爭取實現采選冶產能匹配;江特電機積極推動茜坑、牌樓、梅家三個礦區的“探轉采”工作,預計后續鋰云母自給率將會大幅提升。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        鈉離子電池爭雄

        在鋰資源爭奪日益激烈的當下,在技術上與鋰電池一脈相承的鈉離子電池,正在重新走入人們的視野。文 | 本刊記者 武魏楠2019年10月9日,備受矚目的諾貝爾化學獎揭曉。美國科學家約翰·古迪納夫、英裔美國科學家斯坦利·惠廷厄姆與日本科學家吉野彰共同獲得此獎,以表彰他們在鋰離子電池領域作出的突出貢獻。自1991年實現商業化進入市場之后,鋰電池先是開啟了電子設備便攜化的進程,最近十幾年,鋰電池又再次成為世界能源轉型的重要支撐。但是,在技術上與鋰電池一脈相承鈉離子電池,卻在科研和商業化應用上大大落后了。隨著近年來鋰資源爭奪日漸激烈,鈉離子電池重新進入了人們的視野。鋰電池的研發起源于20世紀的70年代,全球石油危機的爆發再加上石油峰值論的出現,讓各類替代能源的研發成為一時風口。鋰是元素周期表中直徑最小的金屬,其單位體積的密度可以很高,所以當它成為電池中的電極材料時,可以帶來更高的能量密度。但由于它也是最活潑的金屬,遇到氧氣時會產生強烈的化學反應,釋放熱量,甚至爆炸,所以很難控制。很少有人知道,一位法國科學家的理論改變了鋰電池的命運。1980年,法國科學家Michel Armand等人提出了用嵌入和脫出物質作為二次鋰電池正負極的新構想,組成沒有金屬鋰的電池。充放電過程中鋰離子在正負極之間來回穿梭,反復循環。這一過程后來被形象地成為“搖椅式電池”概念,成功了解決了使用金屬鋰的安全性問題。榮獲諾貝爾獎的三位科學家正是在此概念基礎上,實現了鋰電池的發明和商業化。事實上“搖椅式電池”概念并不為鋰離子電池所專享。在1970年代,鈉離子電池與鋰離子電池幾乎被同時發現并進行研究。甚至在1980年代,鈉離子電池研究還取得了金屬層狀氧化物正極材料的發現。但是隨著1990年代鋰離子電池商業化的成功,鈉離子電池的研發工作也逐漸緩慢甚至陷入停滯。轉機出現在2010年前后,學界對鈉離子電池相關研究開始逐漸重視,鈉離子電池企業也開始逐漸興起,圍繞鈉離子的創投和資本也日益活躍。鈉離子電池迎來了發展的黃金時期。伴隨著碳中和的東風,鈉離子電池在資本市場上也獲得了巨大青睞。這個被認為是鋰離子電池競品和補充的產品,究竟如何在沉寂了50多年后強勢興起?成本優勢:巨大的潛力資源差距是鈉離子電池和鋰離子電池最常常被拿來比較的。與鈉相比,鋰的資源無疑是非常匱乏的。鋰資源在地殼中的豐度僅有0.0065%,而鈉的豐度高達2.75位居所有元素的第6位。從資源的集中度和易獲取程度而言,全球超過7成的鋰資源集中在美洲,而鈉資源卻遍布全球,極易獲得。過去一年多的時間里,由于電動汽車、儲能等市場對于動力電池需求的強勁拉動,鋰資源價格一路暴漲。電池用碳酸鋰價格已經從2020年中約4萬元/噸漲至2022年4月約50萬元/噸。而作為鈉離子電池正極材料的前驅體,碳酸鈉價格長期穩定,價格基本維持在2000元/噸左右。而這僅僅只是鈉離子電池與鋰離子電池成本差距的一部分。從工作原理上來說,鈉離子電池與鋰離子電池一樣,都是“搖椅式電池”。鈉離子電池在充電時,鈉離子從正極脫出,經電解液橫穿隔膜嵌入負極,使正極處于高電勢的貧鈉態,負極處于低電勢的富鈉態;放電過程則與之相反,鈉離子從負極脫出,經電解液穿過隔膜嵌入正極材料中,使正極恢復到富鈉態。相似的原理讓鈉離子電池與鋰離子電池在結構上高度一致,都包括了正極、負極、隔膜、電解液和集流體。只是二者在材料選擇上有較大差異。鈉離子電池的正極材料選擇包括了層狀金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍類化合物等三個技術路線。負極材料選擇包括硬碳負極材料和軟碳負極材料路線。電解質可以遵循鋰離子電池的經驗和思路。而在集流體材料的選擇上,由于鋁制集流體在低電位下易于與鋰發生合金化反應,鋰離子電池負極處只能使用價格昂貴的銅箔作為集流體,鈉離子電池正負極集流體均可使用價格便宜的鋁箔。據中國科學院物理研究所研究員,同時也是國內鈉離子電池企業中科海鈉創始人的胡勇勝介紹,鈉離子電池還有一個優點就是可以直接使用現有的鋰離子電池生產線,無需重新建設新的生產線。2021年,中科院物理所就利用鋰離子電池的生產線成功生產了8萬只鈉離子電池?!斑@使得鈉離子電池具有更快的市場化速度?!焙聞僬f。但不得不承認的是,這些成本優勢更多的只能在鈉離子電池全面商業化、大規模生產之后才能夠體現。根據國海證券研究,目前磷酸鐵鋰電池產業鏈成熟,設備折舊等費用均已攤薄,行業平均成本約為0.5元/Wh。能量密度更高的三元鋰電池成本大約是0.7元/wh。而鈉離子電池目前產業不成熟,產品也沒有量產,所以還無法體現出成本優勢。目前成本大約1元/wh。根據中科海鈉預計,鈉離子電池成本為推廣期 0.5-0.7元/Wh;發展期0.3-0.5元/Wh;爆發期0.2-0.3元/Wh。待鈉離子電池產能達到GWh水平時,各項費用攤薄,鈉離子電池的成本優勢將顯現出來。成本優勢在殘酷的市場競爭中并非全部。價格更高的三元鋰電池依然能依靠更強的性能獲得市場青睞,但鈉離子電池卻并不具備這一條件,其能量密度也大大低于三元鋰電池。既沒有產業化帶來的低成本,也沒有明顯高出一截的性能優勢,鈉離子電池憑什么在未來能源體系中占據一席之地呢?差異化競爭2021年7月,寧德時代舉辦了首場線上發布會。董事長曾毓群在會上發布了寧德時代的第一代鈉離子電池。160Wh/kg的能量密度、15分鐘充電量80%、零下20攝氏度90%的放電保持率……寧德時代一出手就震撼了整個產業界。而在寧德時代之前,國內企業實現的鈉離子電池能量密度為145Wh/kg。即便是寧德時代宣布下一代鈉離子電池的能量密度將達到200Wh/kg,這一數據還沒有超過磷酸鐵鋰,距離能量密度更高的三元鋰更是有一定的差距。在目前的技術條件下,鈉離子電池的電芯能量密度約為70-200Wh/kg,高于鉛酸電池的 30-50Wh/kg。目前鈉離子電池的能量密度相較于三元鋰電的200-350Wh/kg有所遜色,但與磷酸鐵鋰電池的150-210Wh/kg有重疊范圍。鉛酸電池曾經是電池領域的主流?!暗倾U酸電池有不可避免的環境污染問題?!焙聞僬f,“而且在新國標公布后,鉛酸電池也面臨退役問題?!北M管能量密度不高,但憑借著低價優勢,鉛酸電池一直是兩輪電動車領域的主要儲能設備。但在兩輪電動車的新國標對整體重量設定55公斤上限后,重量大的鉛酸電池可能會被徹底淘汰。即將被淘汰的鉛酸電池彰顯出了一個事實:面對龐大的能量存儲市場,不同的技術路線可能會有著不同的生存空間。紅杉中國投資合伙人、紅杉碳中和研究院院長、紅杉遠景碳中和基金主席李俊峰說:“不同類型的電池有不同的價格、能量密度、安全性、便利性,在選擇電池的時候要根據產品特性的不同進行選擇?!迸c鋰離子電池相比,安全性無疑是鈉離子電池的最大優點。此前,國家應急管理部公布了2022年一季度新能源汽車火災數據:共計640起,比去年同期上升32%,高于交通工具火災平均(8.8%)增幅。平均每日超7例火災。隨著電動汽車普及率的提高,安全性問題也開始逐漸引起重視。盡管“搖椅式電池”大大降低了鋰電池的風險,但依然無法規避鋰元素自身帶來的安全新問題。而鈉離子電池安全性更高。得益于更高的內阻,鈉離子電池在短路狀況下瞬間發熱量少,熱失控溫度高于鋰離子電池,具備更高的安全性。在針對過充過放、針刺、擠壓測試時,鈉離子電池的安全性表現也讓人滿意。相比于鋰離子電池-20℃到60℃的工作溫度區間,鈉離子電池可以在-40℃到80℃的溫度區間正常工作,-20℃環境下容量保持率近90%,高低溫性能更優秀。此外,鈉離子電池的倍率性能好,在快充方面具備優勢。鈉離子電池具備更好的倍率性能,能夠適應響應型儲能和規模供電,這一特性使鈉離子電池能夠更好地勝任大規模儲能方面的應用。交通運輸領域對于動力電池的能量需求無疑是最高的,所以鈉離子電池即便在產業化實現低成本后,競爭力依然有限。但是在儲能領域,環境適應性更強、成本更低、安全性更高的鈉離子電池無疑會有著極強的競爭力。戰略地位提升隨著鈉離子電池技術的突破,其重要性也開始被各國所重視。2020年,美國能源部發布《儲能大挑戰路線圖》,通過“三大課題”和“五大路徑”推進儲能領域的發展。除了肯定鈉離子電池在儲能領域的應用潛力,還表明有多家隸屬于美國能源部的研究機構正專注于鈉離子電池的開發工作。歐盟儲能計劃“電池2030”項目公布了未來重點發展的電池體系,其中包括鋰離子電池、非鋰離子電池和未來新型電池,項目將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。歐盟“地平線2020研究和創新計劃”更是將“鈉離子材料作為制造用于非汽車應用耐久電池的核心組件”重點發展項目。中國在2022年4月印發了《“十四五”新型儲能發展實施方案》,提出開展鈉離子電池、新型鋰離子電池等關鍵核心技術、裝備和集成優化設計研究??萍疾吭凇笆奈濉逼陂g實施的“儲能與智能電網技術”重點專項中,也將鈉離子電池技術列為子任務,目標是進一步推動鈉離子電池的規?;?、低成本化,提升綜合性能。世界各國在政策等方面的重視也帶動了企業研發的動力。目前全球共有十幾家公司正在進行鈉離子電池產業化開發,包括英國Faradion公司、法國Timat、美國Natron Energy等公司,以及我國的中科海鈉、寧德時代、鈉創新能源、星空鈉電等公司,都在進行鈉離子電池產業化的相關布局,均取得了重要成果。不過由于鈉離子電池還沒有實現產業化,對于能量密度的突破還存在一定的空間,所以不同的企業對于鈉離子電池的材料選擇也有不同的技術路線。盡管相對較低的能量密度可以在儲能市場發揮作用,但尋求更高的能量密度依然是目前鈉離子電池全面產業化的首要挑戰。相較于鋰離子,鈉離子質量和半徑更大,離子擴散速率較低,反映在電池性能上為理論容量和反應動力學特征較為遜色,這些問題需要正極材料的突破來改善。得益于鋰離子電池成熟的技術與生產工藝,鈉離子電池正極材料發展較為迅速。而負極材料和電解質方面的突破則會讓鈉離子電池在本就突出的安全性方面更上一層樓。由于鈉離子電池內阻較大,短路時瞬時放熱量較鋰離子電池少,溫升較低,在安全性方面具備先天優勢。但鈉離子電池電解液易燃、負極處鈉枝晶生長易導致短路等問題依舊存在,因此安全性的提高需要在負極材料、電解質環節入手。在鈉離子電池在能量密度和安全性實現更多突破之后,依托于已經成熟的鋰離子電池生產體系,鈉離子電池的產業化無疑會更加迅速。胡勝勇表示,科研是產業化的基礎,在帶領團隊產業化的同時還必須潛心科研,為實現鈉離子電池充電更快、能量密度更高、安全性更好、成本更低的目標夯實基礎。寧德時代已經明確,將在2023年產業化生產鈉離子電池,鋰電池在稱雄電池產業三十多年后,可能迎來鈉離子電池的全面競爭。

        作者: 記者 武魏楠 詳情
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        鎂鋅鈉電池受追捧 無“鋰”也能行天下

        如今,鋰電池已成為日常生活中不可或缺的設備,廣泛應用于手機、電腦、可穿戴設備、新能源汽車等領域,幾乎是“有鋰走遍天下”。但鋰電池也存在明顯的缺點:成本高、且用于生產鋰電池的原材料儲量少等。鑒于此,不少國家的政府和企業紛紛加快步伐,布局“后鋰電池”時代,比如歐洲有些機構致力于研制鎂電池和鋅電池、寧德時代推出了鈉電池等。正如《日本經濟新聞》雜志網站在近日報道中指出的,圍繞鋰電池替代品的全球競賽已經開始!鋰電池成本高鋰電池誕生于上世紀60年代,上世紀90年代開始由日本索尼公司實現商業化,與其“前輩”鎳氫電池、鉛酸電池相比,能存儲更多電能,如今已經飛入尋常百姓家,廣泛應用于新能源汽車、個人電腦、智能手機等產品;它還可以儲存太陽能和風能,讓無化石燃料的世界成為可能。鑒于鋰電池為人類作出的巨大貢獻,2019年,三位“鋰電池之父”榮膺諾貝爾化學獎,鋰電池也成為今天蓄電池行業的“當家花旦”。但鋰電池的最大缺點就是成本高。只是用在智能手機上還好,如果需要大規模儲存電能的話,就需要相應的大型電池。日本經濟產業省的資料顯示,如果想讓鋰電池蓄電系統的蓄電成本達到與抽水蓄能電站持平的2.3萬日元(約合1280元人民幣)/千瓦,簡直就是癡人說夢。此外,鋰電池原材料鋰、鎳、鈷的產地分布極度不均,且全球的鋰和鈷礦藏并不能完全用于生產。鋰在地殼中的儲量為0.0065%,全球儲量僅有8600萬噸;相比之下,鈉、鎂、鋅的儲量要高得多:鈉在地殼中的儲量為2.74%,僅中國柴達木盆地的鈉鹽儲量就達到3216億噸;而鎂在地殼中的含量更是高達13.9%。候選元素前景看好因此,科學家們將目光投向了鎂、鋅、鈉等元素。例如,英國劍橋大學、丹麥和以色列的知名理工科院校、德國和西班牙的研究機構共同發起了一個名為“歐盟鎂交互電池共同體”(E-Magic)的研究項目。這個為期4年的前瞻性項目得到了歐盟的資金支持,目標是研發能量密度超過1000瓦時/升(相當于鋰電池2倍)的、對環境友好的可充電鎂電池。研究人員稱,這種電池以金屬鎂作為負極,由于一個鎂離子攜帶兩個電子,與只能攜帶一個電子的鋰離子相比,鎂電池的容量翻了一番,目前研制成功的鎂電池已經可以反復充放電500次以上。據悉,2020年,美國休斯頓大學姚彥教授課題組聯合北美豐田研究中心成功研發出一種非常有前景的高能量鎂電池,其潛在應用范圍包括電動汽車、可再生能源系統的儲電池等。雖然眼下這款電池連續充放電只有200余次,但研究團隊認為,他們已為更安全、性能更高的鎂電池找到了研究方向:正極使用有機化合物、負極使用芘四酮(PTO)實現快速且可逆的氧化還原過程,基于硼團簇的弱配位電解質則使離子運動更快。這種先進的陰極和電解質設計對鎂電池的發展具有重大的指導意義,并將加速鎂電池技術的商業化步伐。此外,日本東京都立大學教授金村圣志野研發出正極使用氧化錳、負極使用金屬鎂的電池?!度毡窘洕侣劇穲蟮乐赋?,雖然與鋰電池相比,目前鎂電池的性能還處于較低水平,但其潛力值得挖掘。未來,研究人員將著重解決電解液的改性問題,并加強電極材料的研究。和鎂同樣引人注目的還有鋅。日本東北大學小林弘明副教授和本間格教授研發的新型鋅離子電池使用水溶液作為電解液,取代了傳統的有機溶劑,降低了電池起火的風險。來自美國西北太平洋國家實驗室和德國明斯特大學的研究人員也合作研發出一種“鋅金屬雙離子電池”,該電池由鋅陽極、天然石墨陰極和雙離子鹽水溶液組成。今年7月,中國寧德時代公司發布了一款鈉電池,具備迄今全球最高的能量密度和超快充特性(15分鐘可充電80%),預計寧德時代將不斷提升鈉電池的能量密度,并有望于2023年形成基本產業鏈。鋰電池挖潛大有可為盡管各種替代性技術研究如火如荼,但從目前的發展情況來看,無論是鎂電池、鋅電池還是鈉電池,在技術和材料方面仍有很多難題需要解決。比如,鎂離子體積小、電荷密度大、極化作用強,難以插入到多數基質中去,較難形成嵌入式化合物。因此,可供選擇的正極材料受限。鑒于此,也有科學家致力于深入挖掘鋰電池的潛能,改善鋰電池的性能,研發質量更好的鋰電池。據《日本經濟新聞》報道,日本湯淺公司與關西大學合作,開發出一款以硫作為正極活性物質的鋰硫電池,其質量能量密度可達現有鋰電池的2倍左右——目前常用于純電動汽車的鋰電池質量能量密度約為200—300瓦時/千克,而此次開發的鋰硫電池質量能量密度則超過了370瓦時/千克。研究人員解釋說,理論上相同尺寸情況下,鋰硫電池的容量可達傳統鋰電池的8倍,但卻存在電導率低、中間產物易溶于電解液等問題,而他們最新研制出的鋰硫電池采用了有微孔的碳粒,規避了上述兩個問題。湯淺公司表示,希望到2023年能將其鋰硫電池的質量能量密度提至500瓦時/千克。(記者 劉 霞)

        作者: 劉 霞 詳情
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        儲能鈉電池技術的挑戰與前景

        一、前言2017 年 10 月,國家發展和改革委員會、國家能源局等五部委聯合出臺了《關于促進我國儲能技術與產業發展的指導意見》,指出加快儲能技術與產業發展,對于構建“清潔低碳、安全高效”的現代能源產業體系具有重要的戰略意義。這一政策的出臺直接推動了“十三五”期間我國儲能產業的蓬勃發展。隨著“十四五”期間“雙碳”目標的提出,2021 年 4 月,國家發展和改革委員會、國家能源局再次聯合發布了第二部針對儲能產業的國家級綜合性政策文件《關于加快推動新型儲能發展的指導意見(征求意見稿)》,明確提出到 2025 年,實現 3000萬kW 的儲能目標,實現儲能跨越式發展;到 2030 年,實現新型儲能全面市場化發展?!蛾P于加快推動新型儲能發展的指導意見(征求意見稿)》還指出,儲能技術要以需求為向導,堅持多元化發展,這為儲能技術的發展明確了目標和方向。目前,儲能系統從發電側、輸配電側到用戶側的一系列支撐服務逐漸成為彈性和高效電網的重要組成部分。較小型的分布式儲能系統今后也將更廣泛地在家庭、企業和通信基站中推廣應用。我國儲能呈現多元化發展的良好態勢:抽水蓄能發展迅速,鋰離子電池儲能技術成熟度飛速提高,壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能和超級電容、鈉硫電池、液流電池、鉛蓄電池等儲能技術研發應用加速,儲氫、儲熱、儲冷技術也取得了一定進展。其中,電化學儲能(或二次電池儲能)技術相對于水電、火電等常規功率調節手段具有較大技術優勢:響應時間為毫秒級,跟蹤負荷變化能力強,便于精確控制;對實施的地理環境要求較低;具有削峰填谷的雙向調節能力。2021 年 4 月,中關村儲能產業技術聯盟(CNESA)發布的《儲能產業研究白皮書 2021》顯示,截至 2020 年年底,中國已投運儲能項目累計裝機規模 35.6 GW,占全球市場總規模的 18.6%,同比增長 9.8%,其中電化學儲能的累計裝機規模僅次于抽水蓄能,位列第二。目前,各種電化學儲能技術的基本特征和成熟度各不相同,每一種技術都有不同的數量在全球不同的地點進行部署。包括鋰離子電池、鈉硫電池、鈉 – 金屬氯化物電池、液流電池和鉛酸電池在內的 5 類電池技術已經被認為是較可靠的能源供應體系,在全球范圍內有兆瓦級的裝機規模。2017 年以來,鋰離子電池急劇發展,占據了中國和美國儲能市場絕大部分份額,技術成熟度不斷提高。隨著越來越多鋰電儲能系統的部署,安全事故的風險也隨之增加,尤其是電池熱失控導致的安全事故頻發引起了人們的重視和擔憂。2019 年,國家電網有限公司發布《關于促進電化學儲能健康有序發展的指導意見》,意見強調要嚴守儲能安全紅線。不僅如此,鋰等元素昂貴,地殼中含量少且分布極不均勻,對于長期規?;瘧枚钥赡軙蔀橐粋€重要問題。鈉元素和鋰元素有相似的物理化學特性,且在地殼中儲量豐富,資源分布廣泛,因此發展針對規?;瘍δ軕玫膬δ茆c電池技術具有重要的戰略意義,近年來得到研究者的廣泛關注。已經在儲能領域規?;瘧玫拟c電池體系主要包括兩種,即基于固體電解質體系的高溫鈉硫電池和鈉 – 金屬氯化物電池體系。它們的負極活性物質均為金屬鈉,更準確地被稱為鈉電池。鈉離子電池通常指有機體系鈉離子電池,由于其技術水平提升較快,成為極有前景的儲能電池之一。目前全球從事鈉離子電池工程化的公司已有 20 家以上。最近,中國科學院物理研究所與中科海鈉科技有限責任公司聯合推出的 1 MWh 鈉離子電池光儲充智能微網系統在山西太原投入運行。寧德時代新能源科技有限公司(CATL)近期也發布了他們的第一代鈉離子電池,能量密度達到 160 Wh/kg。然而鈉離子電池尚未在儲能產業上大規模推廣,其應用優勢有待驗證。水系鈉離子電池具有環保、低成本、制造方便、安全性好、易回收等優點,但是存在電壓窗口較低、電極材料副反應等嚴重影響壽命的問題。因此,本文主要針對大規模儲能用安全性改善的鈉硫電池和鈉 – 金屬氯化物電池儲能鈉電池體系進行綜述和研究。二、儲能鈉電池技術概述(一)鈉硫電池鈉硫電池是一種基于固體電解質的高溫二次電池,它以鈉作為陽極,以滲入碳氈中的硫作為陰極,傳導鈉離子的 β"- 氧化鋁陶瓷在中間同時起隔膜和電解質的雙重作用 。它的電池形式為(–)Na(l) | β"-Al2O3 |S/Na2Sx(l)|C(+),其中 x=3~5,基本的電池反應是:2Na+xS ←→ Na2Sx。電池的工作溫度控制在 300~350 ℃,此時鈉與硫均呈液態,β"- 氧化鋁具有高的離子電導率(~0.2 S/cm),電池具有快速的充放電反應動力學。鈉硫電池以 Na2S3 為最終產物的正極理論比容量約為 558 mAh·g–1,在 350 ℃的工作溫度下具有 2.08 V 的開路電壓。鈉硫電池一般設計為中心負極的管式結構,即鈉被裝載在陶瓷電解質管中形成負極。電池由鈉負極、鈉極安全管、固體電解質(一般為 β"- 氧化鋁)及其封接件、硫(或多硫化鈉)正極、硫極導電網絡(一般為碳氈)、集流體和外殼等部分組成。通常固體電解質陶瓷管一端開口一端封閉,其開口端通過熔融硼硅酸鹽玻璃與絕緣陶瓷進行密封,正負極終端與絕緣陶瓷之間通過熱壓鋁環進行密封。鈉硫電池擁有許多優良的特性:①比能量高。目前,鈉硫電池的實際能量密度已達到 240 Wh/kg 和 390 Wh/L 以上,與三元鋰離子電池相當。②功率密度高。用于儲能的鈉硫單體電池功率可達到 120 W 以上,形成模塊后,模塊功率通常達到數十千瓦,可直接用于儲能。③長壽命。電池可滿充滿放循環 4500 次以上,壽命為 10~15 年。④庫倫效率高。由于采用固體電解質,電池幾乎沒有自放電,充放電效率約為 100%。⑤環境適應性好。由于電池通過保溫箱恒溫運行,因此環境溫度適應范圍廣,通常為–40~60℃。⑥電池運行無污染。電池采用全密封結構,運行中無振動、無噪聲,沒有氣體放出。⑦電池原料成本低廉,無資源爭奪隱患,結構簡單,維護方便。(二)鈉 – 金屬氯化物電池鈉 – 金屬氯化物電池(也稱 ZEBRA 電池)可與鈉硫電池統稱為鈉-beta 二次電池,其結構與鈉硫電池類似,負極是液態的金屬鈉,β"-Al2O3 陶瓷作為固態電解質,不同的是,ZEBRA 電池工作溫度略低,為 270~320℃,正極部分由液態的四氯鋁酸鈉(NaAlCl4)輔助電解液與固態的金屬氯化物組成,其中氯化鎳的應用研究最為廣泛。鈉 – 氯化鎳電池的基本電池反應是:2Na+NiCl2 ←→ 2NaCl+Ni, 300 ℃下開路電壓為 2.58 V。與鈉硫電池類似,鈉 – 金屬氯化物電池同樣具有長壽命、庫侖效率高、環境適應性好、無污染運行等特點。鈉 – 金屬氯化物電池的實際比能量偏低,為 110~140 Wh/kg,但仍是鉛酸電池的 3 倍左右,而且還具有其他一些值得關注的優良特性:①高安全性。鈉 – 金屬氯化物電池具有短路溫和放熱和過充過放可逆等特點,確保電池在電氣和機械濫用時的高安全性。②無鈉組裝。電池以放電態組裝,僅在正極腔室裝填金屬粉體、氯化鈉和電解液,制造過程安全性高。③高電壓。開路電壓較鈉硫電池提高 20% 以上。④維護成本低。電池內部短路時特有的低電阻損壞模式大大降低了系統的維護成本。(三)儲能鈉電池生產制造的核心技術高溫鈉硫電池電芯的核心技術包括了 β"- 氧化鋁精細陶瓷的燒制、電池密封技術、負極潤濕保護管設計、正極外殼防腐蝕和正負極裝填技術等。首先,β"- 氧化鋁精細陶瓷的質量和一致性深刻影響電池的電化學性能和安全特性,是最為關鍵的一環。其次,任何一個密封部件的損壞都會導致正負極材料的蒸汽直接接觸而發生反應,因此電池密封技術成為鈉硫電池的核心技術之一。再次,熔融硫和多硫化鈉對金屬具有強腐蝕性,因此包括作為正極集流體的外殼在內的接液部件的防腐蝕技術也是鈉硫電池實用化的關鍵。最后,電池正負極的有效裝填及其與固體電解質之間界面的潤濕層設計是電池高性能運行的必備要素。相對于鈉硫電池,鈉 – 氯化鎳電池電芯無須對外殼進行防腐蝕處理,但是正極長循環穩定技術成為電池的核心技術之一。高溫鈉電池模組的核心技術包括了絕熱保溫箱技術、模組熱管理技術、模組內 / 間阻燃技術以及電池管理系統與保護電路設計等。電池的高溫運行環境對電池保溫箱提出了較高的要求。絕熱保溫箱技術一方面需要保證電池在待機時的低電耗,另一方面還要保證保溫箱輕量化,以提升電池整體的能量密度。由于電池放電模式下的化學反應為放熱反應,此時模塊內部將出現 22~35 ℃的升溫,而充電過程中溫度會下降到待機水平。長時間的升降溫循環不僅考驗電池密封材料的熱機械性能,還對模塊的熱管理提出了快速響應的要求,否則可能造成溫度無法及時復原。另外,模組內 / 間防火技術以及電池管理系統與保護電路設計對電池的長期安全運行也具有重要意義。三、儲能鈉電池的應用需求儲能鈉電池可針對極端環境(如高熱、高寒、高鹽腐蝕等)下的風能、太陽能等可再生能源發電企業配套大容量、安全可靠的儲能系統;為載人潛艇、陸軍戰車、水下平臺等提供動力,服務國防科技事業;為第五代移動通信技術(5G)通信基站、數據中心等室內用電大戶提供備用電源,為國家的節能減排事業及“碳中和”戰略做出貢獻。儲能鈉電池的應用領域為鋰離子電池技術提供有益補充,其主要的應用場景如下。(一)極端環境應用隨著全球氣候變暖,國內外 50 ℃以上的極端高溫天氣頻繁,亞熱帶和熱帶地區更是如此。電池的高溫運行需求逐漸受到重視。油氣勘探的井下溫度可超過 170 ℃,能耐受如此高溫的電池很少,目前井下儀器的電能供應采用的是鋰一次電池。軍用電池需要適應多種惡劣的應用環境,被要求在 –50~70 ℃的溫度范圍內正常工作。作為下一代無線通信體系的重要組成,高空平臺通信系統是位于平流層的高空平臺向上連接衛星、向下連接低空無人機和地面節點,作為空中基站或中繼節點,提供快速、穩定、靈活的應急通信系統。高空平臺通信系統運載器是一個保持在 20 km 高度并停留 5 年時間的靜止平臺。運載器所需能源由太陽能電池板提供,對其所搭載的儲能電池要求高比能(>110 Wh/ kg)、性能的高可靠性和穩定性(>5 年壽命和性能降低 <10%)和超低溫運行(–55℃)。另外,海島、近海等高鹽霧環境也限制了大量電池體系的應用。研究表明,鋰離子電池在無人機上的應用受到高低溫環境的極大限制。電池正常使用溫度范圍是 –15~50 ℃。低溫條件下,鋰離子電池面臨的鋰枝晶問題和離子擴散遲緩問題會更加嚴重,高溫條件則會加速鋰離子電池陰極固液界面的副反應和電解液退化,引發嚴重的熱失控。事實上,傳統的液體電解質基二次電池難以滿足極端高低溫應用需求。具有較高的能量密度、10 年以上運行壽命和對環境溫度不敏感等特性的固體電解質基鈉硫電池和鈉 – 氯化鎳電池則被證明非常適合極端高低溫的應用場景。在熱帶沙漠氣候的阿拉伯聯合酋長國,鈉硫電池被認為是比鋰離子電池更優異的儲能技術。在日本,鈉硫電池被選擇成為火箭發射場的備用電源。ZEBRA 電池作為高低溫下可靠耐用的二次電池,目前已成為井下設備電源的優選方案,同時也針對高空平臺通信系統運載器開展應用示范。(二)高安全應用高安全應用場景指發生安全事故時難以止損或事故代價大的應用場景。近年來,隨著大數據、物聯網、云計算等技術的發展,大型數據中心的建設速度激增,運營規模也越來越大。然而,一方面,數據中心需要大量的電能來維持正常運營,電力成本成為數據中心的重要成本組成。通過智能微網的建設來降低能耗已成為各大數據中心運營公司降本增效的重要途徑。另一方面,數據中心需要配備非常安全可靠的備用電源以應對不時之需。大型數據中心等室內儲能或備用電源高安全應用場景對其儲能系統的安全性提出了更高的要求。交通運輸領域的?;愤\輸車、地下裝載機等交通工具以及水下應用領域的載人潛水器、深海平臺用電源等也對電源安全性提出了更高的要求。ZEBRA 電池作為一種電化學本征安全的電池體系,在高安全要求的領域具有其獨特優勢。它曾被選為英國和北約 LR7 型深潛救生艇的動力電源。2013 年,通用電氣有限公司(GE)生產的 ZEBRA 電池成功地為 Coal River Energy 公司位于美國西弗吉尼亞州明礬溪的采礦鏟車提供動力支撐。在儲能安全越來越受重視的今天,ZEBRA 電池體系將會有更大的發展空間。(三)長時儲能長時電化學儲能能夠更加靈活地以半天甚至幾天的時間跨度來管理風能和太陽能的間歇性,將可再生能源轉化為全天候資源,為無碳電網鋪平道路。隨著可再生能源份額的增長,更大的挑戰將是在數周或數月的時間跨度上消除可再生能源產量的可變性。發展長時儲能技術勢在必行。近年來,鋰離子電池在新型儲能建設中占據絕對主導地位,但它們的供電持續時間很少能超過 4 h。雖然鋰離子電池在技術上可以實現更長時間的放電,但是出于資源稀缺和安全性的考慮,將它用于長時儲能的成本通常高于它的價值。鈉硫電池已在全球范圍內提供容量超過 540 MW/3780 MWh 的儲能系統,顯示了有效的調峰、負載均衡和節能減排的能力,被認為是最有效的額定輸出 6 h 以上的長時電化學儲能電池之一。同時,鈉硫電池具有模塊化擴展的特性,有潛力提供 8 h 以上或更長時的供電系統。意大利非凡蓄電池公司(FIAMM)生產的 ZEBRA 電池在歐洲的意大利、法國以及南美洲的圭亞那等地區部署了多個兆瓦級的儲能電站。這些電站的運行情況證實用于大規模電化學儲能的高安全性鈉 – 氯化鎳電池技術已經成熟。四、儲能鈉電池的國內外發展與應用現狀(一)鈉硫電池在國內外的發展與應用現狀雖然鈉硫電池早期在國內外航空航天和電動汽車等領域開展應用示范,但是鈉硫電池的儲能商業化運作始于 1983 年日本礙子株式會社(NGK 公司)和東京電力公司的合作,開發用于靜態能量存儲的鈉硫電池儲能系統。2002 年,NGK 公司正式量產鈉硫電池,并通過東京電力公司開發儲能系統投入商業運行,目前在全球運行了超過 200 個儲能電站項目,4 GWh 以上的鈉硫電池儲能系統。然而, 2011 年 9 月,東京電力公司為三菱材料株式會社筑波廠安裝的鈉硫電池(NGK 生產)系統發生火災,這一事件在一定程度上造成了業界對于鈉硫電池安全性的擔憂。其后,NGK 先對正在運行的鈉硫電池電站的模組和系統進行安全隱患維護,并對新生產的電池在電芯層面和模塊層面同時采取了多種提高安全保障的新措施。通過采取一系列應對舉措后,從 2013 年開始,NGK 生產的鈉硫電池在日本、阿聯酋和歐洲等國家和地區持續有大型儲能項目上線。2016 年 3 月,NGK 公司和九州電力株式會社共同推出的 50 MW/300 MWh 鈉硫電池儲能系統改善電力供需平衡的示范項目開始運行,是當時全球最大的大容量儲能電站(見圖 1a)。2019 年,NGK 在阿布扎比酋長國完成的一個項目使用了 108 MW/648 MWh 的鈉硫電池儲能系統,持續放電時間達 6 h。圖 1b 顯示的是應用于意大利南部高壓電網的 34.8 MW 鈉硫電池儲能電站的局部照片。在意大利,鈉硫電池的電芯和模塊經過了嚴謹的風險評估,包括內源性短路和外源性火災、地震、洪水、直接和間接閃電、蓄意破壞、高空墜落等濫用場景。評估結果顯示,經過安全性提升的鈉硫電池技術具有較高的安全可靠性。圖 1 鈉硫電池儲能系統 / 電站的商業應用實例近些年,鈉硫電池技術在日本以外的其他國家也得到了應用研究和推廣,包括美國、中國、韓國、瑞士等。2006 年,由中國科學院上海硅酸鹽研究所(SICCAS)與上海電力公司合作開展用于大規模儲能應用的鈉硫電池研究。SICCAS 開發的 30 Ah 和 650 Ah 兩種規格鈉硫單體電池具有良好的循環穩定性,壽命超過 1200 次。此后,一條年產能 2 MW 的 650 Ah 單電池中試生產線建成。2010 年上海世界博覽會期間,中國科學院上海硅酸鹽研究所和上海電力公司合作,實現了 100 kW/800 kW 鈉硫電池儲能系統的并網運行(見圖 1c)。2011 年 10 月,上海電氣集團與中科院上海硅酸鹽研究所以及上海電力公司簽訂合資合同,成立上海電氣鈉硫儲能技術有限公司,開始鈉硫電池的產業化開發。2015 年,上海鈉硫電池儲能技術有限公司在崇明島風電場實現了兆瓦時級的商業應用示范(見圖 1d)。中科院固體物理研究所近年也突破了 β-Al2O3 陶瓷的制備技術,掌握了陶瓷燒結、陶瓷玻璃封接、金屬與陶瓷連接等核心技術,目前處于鈉硫電池組研制的中試階段。除此之外,韓國浦項產業科學研究院(RIST)針對平板和管式鈉硫電池進行較為系統的工程化開發。RIST 從 2005 年開始申請鈉硫電池材料與制造的專利,目前持有 53 項以上相關有效專利。(二)鈉 – 金屬氯化物電池在國內外的發展與應用現狀美國通用電氣有限公司于 2007 年購買了英國 beta R & D 公司的 ZEBRA 電池技術,建立 “Durathon”電池品牌,經過 11 年研發,投入資金超過 4 億美元。早期主要面向車用,圖 2a 為裝載 Durathon 動力電池的礦車。目前 GE 在全球多個國家和地區的電網和電信領域運行了總計 15 MW 以上、30 余個 ZEBRA 電池儲能項目。圖 2d 分別為 Durathon 擴展儲能系統。2017年1月,超威電池與 GE 開展技術合作,合資成立浙江綠能(安力)能源有限公司,進軍國內儲能電池市場。2010年,與 GE 擁有同一技術源頭的 MESDEA 公司和 FIAMM 成立新公司 FZ SONICK SA,并推出了 SONICK 商標的 ZEBRA 電池,主要應用在電動車、備用電源等領域。2015 年,FZ SONICK 的 ZEBRA 電池儲能解決方案被德國航空和運輸領域的跨國公司龐巴迪公司選中,為 Innovia Monorail 300 平臺列車項目提供備用電源服務。圖 2b 和圖 2e 分別為 SONICK 電池應用于微網儲能及其儲能單元的情況。FZ SONICK 還為薩沃納大學校園提供了智能電網儲能系統。從2016年開始,德國弗勞恩霍夫陶瓷技術與系統研究所(IKTS)也在 ZEBRA 電池上持續投入。2019年3月,歐洲儲能展會上,IKTS 展示其最新開發的“Cerenergy” 陶瓷鈉 – 氯化鎳高溫電池。該型號的鈉鎳電池容量為5kWh,由 20 個單電池組成,每千瓦時成本將低于 100 歐元。2015年11月,作為 SunShot 聚光太陽能發電阿波羅計劃的子計劃,美國能源部提供猶他州鹽湖城 Ceramatec 公司和喬治亞技術研究所總計 234.878 萬美元經費支持,重點開發聚光太陽能高溫熔鹽鈉鹽蓄電模塊,預計實現 92% 以上的蓄電效率目標。同時,美國西北太平洋國家實驗室在美國能源部支持下持續開展平板型鈉鹽電池的產業化研發。在國內,從2014 年開始,中國科學院上海硅酸鹽研究所在前期鈉硫電池和鈉鎳電池的研發基礎上,開展鈉鎳電池產業化的推進工作。2017 年,中國科學院上海硅酸鹽研究所參股成立上海奧能瑞拉能源科技有限公司,開展鈉鎳電池產業化開發。如圖 2c 和圖 2f,目前該公司已完成年產100MWh 的鈉鎳電池工廠的全線調試,進入第一代產品的試生產階段。圖 2 鈉 - 金屬氯化物電池儲能產品及其商業應用實例五、我國儲能鈉電池發展面臨的挑戰儲能鈉電池在電力系統和電信系統具有極大的應用優勢,并得到全球儲能市場的普遍認可,但是由于其技術難度大,目前儲能鈉電池的成熟技術在全球范圍內僅由日本 NGK、美國 GE、意大利 FIAMM 等幾家企業掌握,我國儲能鈉電池的發展還面臨以下諸多挑戰。(一)儲能鈉電池技術幾乎被國外壟斷近年來,中國科學院上海硅酸鹽研究所在儲能鈉電池的相關領域開展了技術革新和示范應用,基本掌握了鈉硫電池和鈉鎳電池的全套技術,形成了具有自主知識產權的儲能鈉電池完整技術路線,但是總體而言,我國自主知識產權儲能鈉電池的技術成熟度不高,規?;a設備需要高代價的定制,尚未形成儲能鈉電池的成熟產品體系。超威集團引進美國 GE 的成熟技術,進行儲能鈉電池國產化的嘗試也尚未在國內外市場打開局面,根本原因是我國儲能鈉電池的發展目前仍然只能依賴和引進日本和美國公司的技術,尚不具備獨立開發新一代儲能鈉電池的能力,技術革新的速度無法應變市場的需求。(二)儲能鈉電池上下游產業鏈供給不足導致高成本儲能鈉電池的高溫技術瓶頸極大地限制了涉足儲能鈉電池開發的研究院所和企業的數量,導致儲能鈉電池在產業鏈的推動上困難重重。經過測算, 1 GWh 鈉 – 氯化鎳電池生產線上生產電池的成本約為 1050 元 / 度電,當生產線產能提高至 10 GWh,電池成本可降至 800 元 / 度電以下。然而,目前儲能鈉電池的生產規模不足以帶動上下游產業鏈的快速發展。NGK、GE 等公司同樣面臨電池成本偏高的困境。對我國而言,儲能鈉電池中鈉硫電池的含耐腐蝕涂層的集流體外殼等零部件、鈉 – 氯化鎳電池的關鍵原材料 T255 鎳粉(英國 Inco 公司)還依賴進口,國產化替代方案缺失。儲能鈉電池的中溫運行環境對保溫箱等下游供應的要求較高,但我國尚沒有類似產品開發。儲能鈉電池上下游產業鏈供給不足成為推動儲能鈉電池技術發展和成本降低的一大障礙。(三)儲能鈉電池的評估檢測標準和評估平臺缺失1998 年,美國能源部國家可再生能源實驗室就鈉鹽電池的健康狀態、濫用安全特性和回收處理辦法出具了說明書式的研究報告。2017 年, FIAMM SoNick 公司根據美國標準 UL 9540A 對 ZEBRA 電池產品進行了安全性測試,從單芯、模組和電池單元架三個層面進行了系統的安全性能評估。2018 年,電氣與電子工程師協會(IEEE)出臺了編號為 IEEE Std 1679.2—2018,標題為“靜態儲能應用中鈉 -beta 電池的表征和評估指導”的指導性標準。該標準為靜態儲能應用的用戶評估鈉 -beta 電池的性能、安全性,以及進行合格評估測試和監管等問題提供了指導。這些研究報告和標準的建立很大程度上促進了美國和歐洲等國家和地區儲能鈉電池的規范化和市場化。由于我國儲能鈉電池的產業化處于初級階段,相關評估檢測標準缺失,相應的評估平臺和評估機構尚不支持儲能鈉電池的性能和安全性評估,這也成為儲能鈉電池產業大步推進的障礙之一。六、對策建議(一)支持儲能鈉電池相關材料科學的研發和工程化技術攻關從國外的發展經驗來看,儲能鈉電池最初的很多成果出自國家能源部門或能源用戶部門牽頭組織的應用研發和技術攻關。2020 年 1 月,教育部、國家發展和改革委員會、國家能源局聯合制定了《儲能技術專業學科發展行動計劃(2020—2024 年)》(簡稱《行動計劃》),旨在立足儲能產業發展重大需求,統籌整合高等教育資源,加快發展儲能技術學科專業,加快培養儲能領域“高精尖缺”人才,破解共性和瓶頸技術,增強產業關鍵核心技術攻關和自主創新能力,以產教融合發展推動儲能產業高質量發展?!缎袆佑媱潯穼閮δ苄袠I的發展注入強大的動力。提升我國自主知識產權儲能鈉電池的技術成熟度同樣需要重視相關基礎材料的研發,更重要的是從戰略層面組織有研發基礎的優質企業和科研院所合作開展工程化技術攻關,提供相關項目支撐,集中精力解決儲能鈉電池中存在的“卡脖子”問題和推進儲能鈉電池在國外經驗基礎上的升級換代,以期在短期內實現我國儲能鈉電池技術體系的成熟化發展。(二)推動儲能鈉電池相關上下游產業的聚集發展產業規模是儲能鈉電池發展的關鍵因素,形成一定體量的產業集群對于降低儲能鈉電池的制造成本,提高儲能鈉電池的市場競爭力至關重要。在提升儲能鈉電池的技術成熟度的中后期,儲能鈉電池相關上下游產業的聚集發展是儲能鈉電池真正走向應用市場的關鍵一環。引導社會資本,圍繞技術創新鏈布局產業鏈,加強技術、資本與產業的融合,通過產業鏈合作及協同,提高資源利用效率,提升儲能鈉電池的市場競爭力。大型儲能鈉電池示范項目的規劃和實施是推動相關上下游產業發展的一個契機,有望使我國儲能鈉電池的發展駛入良性循環的快速通道。(三)建立健全儲能鈉電池的相關標準以及推動高溫鈉電池評估平臺的建設2018 年以來,國內外頻發的起火事故給正在起步的儲能產業澆了一盆冷水,也讓儲能的安全問題成為輿論焦點。有業內專家認為,儲能事故并非是一個簡單的技術問題,更多是標準的問題。標準是技術發展的總結,也需要政策法規從上而下的引導。國家能源局會同其他主管部門曾多次發文,力推儲能標準化工作,要求建立起較為系統的儲能標準體系。儲能鈉電池作為新型的儲能技術,相關標準缺失的問題尤為突出,迫切需要建立健全相關檢測和評價標準。如果我國以出臺儲能鈉電池的相關行業標準,甚至能夠出臺發布國家標準,相信能在很大程度上推動儲能鈉電池的商業化發展。認證機構基于相關標準可以推動高溫鈉電池評估平臺的建設,從而從政策上督促儲能鈉電池開發市場標準化、規范化,為其大規模應用、順利與應用市場接軌打下堅實基礎。

        作者: 胡英瑛 吳相偉 溫兆銀 侯明 衣寶廉 詳情
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        寧德時代2023年實現批量生產,鈉離子電池:姍姍來遲、正待起跑

        7月29日,寧德時代舉辦了鈉離子電池線上發布會。作為動力電池行業的引領者,寧德時代的一舉一動都格外引人關注。此次寧德時代高調發布鈉離子電池,隨之而來的評價不一。有人表示,它將引領新的“風口”,促進多元化技術路線發展;有人認為,這里面或也涉及對資本市場的考量。計劃2023年批量生產事實上,鋰離子電池并非電池領域的新技術,早在上世紀80年代,其與鋰離子電池就同時進入了科研人員的視野。在多重因素作用之下,鋰離子電池得以大規模發展,并從消費電子逐步走向動力電池領域?!爱敃r,鈉離子電池的優勢不突出,所受關注也并不高?!币晃徊辉竿嘎缎彰臉I內人士對《中國汽車報》記者表示,隨著電池技術的發展,鈉離子電池近10年來取得了較大進步。比如,2018年,中科海鈉就推出了首款鈉離子電池低速電動車。據了解,寧德時代此次推出的鈉離子電池優勢比較明顯。首先是取得了能量密度的重要突破。一般認為,鈉離子電池能量密度為90~150Wh/kg,而寧德時代產品的電芯單體能量密度高達160Wh/kg,并計劃將下一代鈉離子電池的能量密度提高到200Wh/kg。目前,國內兩家龍頭企業中科海鈉、鈉創新能源的鈉離子電池能量密度分別為135Wh/kg和120Wh/kg,英國Faradion公司產品的能量密度為140Wh/kg。第二是改善快充性能。寧德時代鈉離子電池常溫下充電15分鐘,電量可達80%以上。第三是低溫性能優異。在零下20℃的低溫環境中,寧德時代鈉離子電池也能擁有90%以上的放電保持率,系統集成效率可達80%以上。當前,鈉離子電池仍處于產業化初期,動力電池企業紛紛布局相關技術與產能。寧德時代方面表示,計劃2023年基本形成鈉離子電池產業鏈。華陽股份今年4月發布公告稱,全資子公司新陽能源擬投資新建“鈉離子電池正極材料千噸級生產項目”、“鈉離子電池負極材料千噸級生產項目”兩個項目,總投資合計1.4億元。英國FARADION公司、日本松下、豐田等國外企業也都在進行產業化探索。目前,全球開展鈉離子電池業務的公司達20多家。廣發證券的相關研究數據顯示,2025年,國內鈉離子電池潛在應用場景需求量為123GWh,以磷酸鐵鋰電池價格計量,對應537億元左右的市場空間。為何此時“殺出重圍”?在采訪中,業內人士紛紛表示,在鋰資源緊張與原材料漲價的大背景下,寧德時代推出鈉離子電池恰逢其時?!澳壳?,整個動力電池產業鏈都面臨依賴鋰資源進口的挑戰,如果在鈉離子電池上有所突破,將有效降低對鋰資源進口的依存度。寧德時代在動力電池領域具有較高的代表性,其發布鈉離子電池會提高整個行業對此的關注度,應該說起到了一個較好的帶頭作用?!敝袊噭恿﹄姵貏撔侣撁烁泵貢L馬小利在接受記者采訪時表示,寧德時代對動力電池研發體系的布局很全面,一直在進行技術創新,此次推出新品說明在某些方面實現了對鈉離子電池的技術突破。資料顯示,我國80%以上的鋰原料依賴進口,而且其不斷攀升的價格也讓行業承壓明顯。相比之下,鈉資源儲量非常豐富,而且提煉簡單。據中科海鈉測算,受益于更低的材料成本,鈉離子電池較鋰離子電池成本通常低30%~40%?!叭绻c離子電池的產量達到一定規模,其成本有望降到磷酸鐵鋰電池的水平甚至更低?!瘪R小利說。新能源和智能網聯汽車獨立研究員曹廣平認為,寧德時代推出鈉離子電池的大背景在于:“雙碳”趨勢需求下,全球鋰資源有限,鈉資源是較大補充。新能源汽車、電力儲能、5G基站備用電源以及兩輪電動車的快速發展,拉動鋰電池需求飆升,造成了原材料(預期)漲價等市場供需不平衡的情況。除此之外,北方工業大學汽車產業創新研究中心研究員、汽車分析師張翔還補充道,作為上市公司,寧德時代推出鈉離子電池或有資本市場方面的考量。此前,寧德時代將發布鈉離子電池的消息一經發布,直接拉動其股價上漲。7月29日,寧德時代股票上漲6.05%,7月底市值達1.28萬億元,環比上升2.99%。同時,鈉離子電池概念股也一路跟漲。7月29日,盛弘股份、湘潭電化、科瑞技術漲停,海目星、機器人等紛紛跟漲;7月30日早盤,鈉離子電池概念股再現大漲,天能股份以20%的漲幅漲停。將成為動力電池補充路線在馬小利看來,鈉離子電池可以作為當前動力電池技術路線的補充,不過要想大規模商業化仍需跨過諸多挑戰。比如,鈉離子電池本身自重較重,作為動力電池還要在能量密度上實現突破。此外,鈉離子電池的正負極、電解液等材料供應也尚未形成規模?!扳c離子電池產業的發展需要下游市場的拉動,同時也應給予寧德時代等勇于實現技術突破的企業鼓勵和認可?!彼f。張翔告訴記者,鈉離子電池最大的“硬傷”還是能量密度較低,達不到目前新能源汽車補貼的要求,因此在市場推廣上具有一定的難度。另外,鈉離子電池尚未實現商業化,許多數據仍來自實驗室,技術待進一步發展和成熟。據介紹,寧德時代在電池系統集成方面開發了“AB電池解決方案”,即鋰離子電池與鈉離子電池混合共用,并進行不同電池體系的均衡控制,以此彌補鈉離子電池在現階段的能量密度短板,同時發揮出電池系統高功率、低溫性能的優勢。有業內人士指出,目前,鈉離子電池非常適合的應用場景包括兩輪車和儲能領域。相對而言,鉛酸電池壽命短、污染大,因此鈉離子電池有望逐步實現對其的替代。中信證券的研報顯示,在能源變革的大時代下,鈉離子電池在資源豐富度、成本方面優勢明顯,未來幾年隨著產業投入的加大,技術走向成熟、產業鏈逐步完善,有望在儲能等領域實現商業化應用,在一定程度上形成對鋰離子電池、鉛酸電池等成熟儲能技術的補充?!爸灰惺袌鲂枨蟮碾姵?,就有存在與發展的意義?!瘪R小利強調。曹廣平也表示,每一種電池都有自己的技術特點,而每一個應用領域又對電池提出了不同的技術要求??傮w來看,未來行業將出現多種電池技術路線并行發展的局面。對于鈉離子電池來說,其商業化前景還要綜合考量技術突破、工藝難題攻克及綜合性價比等方面的進展。政策層面也明確了未來鈉離子電池在儲能領域的發展方向。7月15日,國家發展改革委、國家能源局發布了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,提出加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規?;囼炇痉?,以需求為導向,探索開展儲氫、儲熱及其他創新儲能技術的研究和示范應用。行業人士認為,鈉離子電池未來有望加快應用于電網側、用電側和發電側儲能。

        作者: 趙玲玲 詳情
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        鈉離子電池時代要來了?

        在智能物聯網時代,大量的智能設備需要電池,從智能手機、智能手表、筆記本電腦到新能源汽車等,電池的續航時間、充電快慢、環境適應性等成為智能設備競爭的重要維度,目前在消費電子市場和新能源汽車市場鋰離子電池處于“一統江湖”的主流地位?,F在這樣的格局有可能要發生改變了。7月29日,寧德時代創始人曾毓群在網上正式發布鈉離子電池,并表示寧德時代鈉離子電池具備低溫性能、快充性能以及更強的環境適應性,未來將與鋰電池共存發展。鈉離子電池的時代要來了嗎?鈉離子電池有哪些特性?又將帶給智能設備世界怎樣的電力“動力”?每一種新技術能夠得以生存并快速發展,都是因為擁有了比現存市場技術更優的差異化特點,這個定律放之四海。從目前來看,鈉離子電池與鋰離子電池的差異化在于低溫性能和快充方面。按照寧德時代研究院副院長黃起森介紹,目前寧德時代開發的第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度為160Wh/kg,在當前處于全球最高水平;在常溫環境下下充電15分鐘,電量可達80%;即便是在-20°C的低溫環境下,放電保持率仍然高達90%以上;同時,在系統集成效率上,可以達到80%以上;具有優異的熱穩定性,并且超越了國家動力電池強標的安全要求?!翱傮w來看,第一代鈉離子電池的能量密度略低于目前的磷酸鐵鋰電池,但是在低溫性能和快充方面具有明顯的優勢。特別是在高寒地區,高功率應用場景?!?黃起森說。其實,鈉的化學性質,電池工作原理都和鋰非常相似,在化學元素周期表中,鈉元素與鋰元素為同一主族,物理化學性質極為相似。甚至鈉離子電池和鋰離子電池連“命運改變人”都是同一“群族”,2019年諾貝爾化學獎頒給了美國的邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆、約翰·班尼斯特·古迪納夫以及日本吉野彰三位化學家,獎勵他們“在發明鋰電池過程中做出的貢獻”。事實上,鈉離子電池也是惠廷漢姆研發的,只是鋰電池各方面優勢突出并且發展神速,因此鈉離子電池在商業上沒有大規模普及。鋰在電勢、原子量、離子半徑等基本性質上,相對而言都是比鈉更好的材料。鋰的原子量更低、離子半徑更小,鋰的理論質量比容量是鈉的3.3倍,鋰的理論體積比容量是鈉的1.8倍;且鋰的電位更高,比鈉高出12%,鋰材料的電池更具競爭優勢。因此鋰離子電池也更早大規模商業化。最近幾年,鈉離子電池之所以被高度關注,有幾個關鍵原因,一是從總量上看,因為鈉儲藏量要比鋰豐富,具有更好的發展可持續性。目前地殼中鈉儲量達2.74%,而鋰儲量僅為0.0065%,是鋰資源的440倍,而且鋰離子電池回收經濟價值低。鈉離子電池活性材料中不含昂貴的鈷,使其具有更強的可持續性。二是從地區分布上,各個區域的鋰儲藏也不均勻。我國僅擁有世界鋰資源儲量的5.93%,鋰礦大多位于青藏高原地區,開采難度大,致使我國鋰礦對外依存度高。鈉離子電池對我國減少鋰資源對外依存度具有重要戰略意義。三是鈉資源提煉相當簡單,鈉離子電池大規模商用后,具有較大的成本優勢。事實上,鈉離子電池應用前景廣闊,在電動車市場上,鈉離子電池具有低成本、低能量密度、安全性強等特性,是鉛酸電池更好的替代品。而且隨著可再生能源大批量上網,電網側與發電側對儲能的需求愈發強烈,為鈉離子電池市場化應用提供土壤。目前來看,鈉離子電池產業化商處于初級階段,面臨的主要挑戰是成本優勢不明顯、工藝和產業鏈不成熟、核心電極材料和電解液規?;廊笔?、缺少電池相關標準化等。不過,分析機構認為,鈉離子電池具備產業化快速提升的潛力。鈉離子電池與鋰離子電池生產線、制作工序相似,隨著鋰電和上游材料企業入局,產業化進程會大幅提速。目前中國大約有20多家企業從事鈉離子電池研發及上下游配套包括寧德時代、中科海納、容百科技、深圳比克電池、欣旺達、華陽股份、滄州明珠、恩捷股份、中材科技、璞泰來等。相對于其他企業,據寧德時代透露其已解決了材料在循環過程中容量快速衰減這一世界性的難題,而寧德時代之所以能夠解決這個難題,得益于模擬計算和設計仿真。據介紹寧德時代構建了高通量材料集成計算平臺,在原子級別上對材料進行了模擬計算和設計仿真,對材料表面進行重新設計,解決了材料在循環過程中容量快速衰減的問題,使新材料具備了產業化的條件。按照黃起森介紹,在正極材料方面,寧德時代采用了克容量較高的普魯士白材料,創新性地對材料體相結構進行電荷重排,解決了普魯士白在循環過程中容量快速衰減這一核心難題;在負極材料方面,寧德時代開發了具有獨特孔隙結構的硬碳材料,其具有克容量高、易脫嵌、優循環的特性;在電解液方面,寧德時代還開發了適配鈉離子電池正極負極材料的新型獨特電解液體系;在制造工藝方面,鈉離子電池可以與目前的鋰離子電池制造工藝和設備相兼容。寧德時代在發布會上透露,目前公司已經開始進行鈉離子電池產業化布局,計劃是到2023年要能形成基本產業鏈。分析機構的預測是在未來3~5年,鈉離子電池產業鏈會基本形成,鈉離子電池相關工藝、相應的電池管理系統、相關技術體系也會趨于成熟。

        作者: 李佳師 詳情
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        鈉電池是鋰電池的良好補充,產業化開始加快

        鈉電池工作原理與鋰電池類似,生產設備也基本兼容,材料體系有一定變化,鈉電池憑借能量密度和循環性能的優勢,有望在儲能和兩輪車等市場獲得商業應用。在車用動力電池領域,鈉電池優秀的低溫、快充、安全性是對鋰電池的補充,但能量密度和循環性能差距較大,不過寧德時代提出了動力電池中采用鋰電池和鈉電池混配輔以BMS升級的方案,有望推動鈉離子電池在交通領域應用。鈉離電池作為一種新的路線,其核心的原材料供應更大宗和普遍,有助于擺脫電池上游戰略資源瓶頸,能更好的滿足未來TWh時代電池技術多樣化需求,是鋰電池良好的補充,預計其規模的應用可能在2023年左右或以后。摘要鈉電池簡介。鈉電池工作原理與鋰電池類似,同時生產設備也基本兼容。不過材料體系有較大變化,正極一般采用普魯士白和層狀氧化物,負極選用硬碳,集流體均采用鋁箔,隔膜和電解液沒有大的變化。性能方面,鈉電池在低溫性能、安全性、成本(大規模量產后)方面具備優勢,能量密度和循環性能均介于鋰電池和鉛酸電池之間。鈉電池作為鋰電池的補充,主要應用市場在儲能等領域。鈉電池的能量密度、循環壽命優于鉛酸電池,同時具備較強的安全性和較低的成本。根據產業反饋,目前鈉電池主要開始應用在儲能和兩輪車領域替代鉛酸電池。在動力領域,鈉電池優秀的低溫和快充性能是鋰電池的良好補充,但能量密度有一定差距,不過寧德時代提出在動力電池系統中將鋰電池和鈉電池混配并升級BMS的方案,可能會推動鈉電池在車載市場應用。鈉電池對保障供應鏈安全有戰略意義。我國僅擁有世界鋰資源儲量的5.93%,且開發有一定難度,我國鋰礦主要依賴進口,鎳資源也主要在海外,資源供應可能是鋰電池產業進一步壯大后將面臨的潛在約束之一。而鈉資源儲量豐富、分布廣泛,且更容易獲取,鈉電池的研發儲備和產業化對保障我國電池產業戰略資源供給安全具有重要意義。在未來TWh的電池生態中,鈉電池應該會有一席之地。產業化可能在未來幾年。國內具有比較成熟的鈉電池生產研發能力的企業主要是寧德時代、中科海納、鈉創新能源。寧德時代的第一代產品單體能量密度達160wh/kg,系統集成效率達80%,零下20度容量保持率90%,在常溫下充電15分鐘電量達到80%,綜合性能優異。目前國內鈉電池產業化剛起步,供應鏈還沒形成,鈉電池材料主要依靠電池公司自身研發。隨著產品迭代和提升,電池產業應用可能進一步加快,根據寧德時代估計,鈉電池規模應用可能在2023年左右或以后。投資建議:繼續推薦寧德時代,其余關注華陽股份(煤炭)、浙江醫藥(化工)、鼎盛新材(招商有色)。風險提示:鈉電池技術升級和推廣低于預期、成本下降幅度低于預期。1、鈉離子電池簡介1.1鈉離子電池工作原理鈉離子工作原理與鋰離子電池類似。鈉離子電池作為充電電池的一種,主要由正、負極、電解質、隔膜、集流體等組成。其工作原理是利用鈉離子在正負極之間的可逆脫嵌從而實現充、放電的,與鋰電池類似。鈉離子電池的分類。鈉離子電池可分為鈉硫電池、水系鈉離子電池、有機鈉離子電池、固態鈉離子電池。鈉硫電池主要以金屬鈉作為負極、非金屬硫作為正極、β-A12O3陶瓷管同時充當電解質和隔膜,是目前唯一同時具備大容量和高能量密度的儲能電池。截止2020年,全球從事鈉離子電池工程化的公司超過20家,包括松下、豐田等。2017年,我國首家鈉離子電池公司中科海鈉成立,依托中國科學院物理研究所的技術,目前在技術開發和產品生產上都初具規模。1.2 材料體系與鋰電池有所不同相比鋰電池,鈉離子電池材料使用有差異。鈉離子電池中,正極材料:使用鈉離子的活性材料,常見的包括普魯士藍、銅鐵錳或鎳鐵錳層狀氧化物,需具有良好的電化學性、化學穩定性、熱穩定性、安全性,以此保證較高的理論比容量和電池循環壽命;負極材料:由于鈉的半徑較大,并不能在石墨層中可逆的脫嵌,因此一般選擇具備嵌入鈉離子的能力強、體積變形小、擴散通道好、化學穩定性好等特點的硬碳材料。電解質和隔膜:可以沿用鋰電池體系中的材料,但電解液中的六氟磷酸鋰需要換成六氟磷酸鈉。集流體:由于鋰電池主要以石墨作為負極,鋁箔作為負極集流體在低電位下易與鋰形成合金,因此需使用銅集流體,而鈉離子正負極均可使用價格較低鋁箔作為集流體。1.3 鈉資源儲量豐富,成本有望繼續下降鈉資源儲量豐富。鈉資源儲量豐富,地殼豐度可達2.74%,價格低廉且提煉簡單。而鋰儲量僅0.0065%,主要分布于澳大利亞、南美地區。鈉離子電池對保障我國資源供給具有重要戰略意義。我國僅擁有世界鋰資源儲量的5.93%,且開發有一定難度,我國鋰礦主要依賴進口,鎳資源也主要在海外,資源供應可能是鋰電池產業進一步壯大后將面臨的潛在約束之一。而鈉資源儲量豐富、分布廣泛,且更容易獲取,鈉電池的研發儲備和產業化對保障我國電池產業戰略資源供給安全具有重要意義。在未來TWh的電池生態中,鈉電池應該會有一席之地。鈉離子電池成本有望繼續下降。鈉電池外形封裝(圓柱、軟包、方形)與鋰電池相同,同時鋰電池的生產設備大多可以兼容鈉離子電池,原始設備成本支出與鋰電池相當。材料中,除隔膜外,鈉離子電池的正、負極、電解液、集流體的價格較鋰電池材料低。不過,由于鈉離子電池制備工藝不夠成熟、生產設備仍有待改善,生產效率較低且產品一致性及良品率均低,目前的生產成本明顯高于鋰離子電池。但未來當技術成熟實現規?;?,其降本空間更大。2、鈉電池作為鋰電池的補充,主要應用市場在儲能等領域2.1 鈉離子電池產品性能分析有望逐步替代鉛酸電池,是鋰電池的良好補充。鈉離子電池的能量密度、循環壽命優于鉛酸電池,但低于鋰離子電池。對比鉛酸電池,同等容量的下,鈉離子電池的體積小、重量輕,且能量密度超過鉛酸電池的2倍以上。同時,相比于鋰離子電池,鈉離子電池的內阻比鋰離子電池高,發生短路時發熱量少溫度較低,且在放電過程中可可放電至0V,因此鈉離子電池較鋰離子電池的安全性能更加優異。未來首先可能取代鉛酸電池并逐步實現低速電動車、儲能等領域的無鉛化發展。在鈉離子電池儲能與動力領域,國內企業中科海鈉處于產品研發生產的領先地位。目前研發的產品覆蓋了電動自行車、低速電動車、規模儲能等領域,均可在零下20℃至55℃工作。中科海鈉電池使用的技術路線是銅鐵錳,生產的鈉離子電池循環壽命約為4500次,與磷酸鐵鋰相當,優于錳酸鋰和三元材料;能量密度高于145Wh/kg,與錳酸鋰接近。鈉創新能源致力于做鎳鐵錳正極材料(NaNi1/3Fe1/3Mn1/3Q2),即三元層狀氧化物正極-硬碳負極體系的鈉離子軟包電芯,循環壽命約為5000次。2.2 目前的商業化應用主要在儲能和兩輪車儲能是鈉離子電池主要的應用場景。2021年6月,由山西新陽清潔新能源與中科海鈉主導的1MWh鈉離子儲能系統在山西落地。其利用陽泉儲量豐富、成本低廉的無煙煤作為前驅體,采用中科院全球首創的碳基負極材料生產技術和正極廉價原料加工工藝生產,具有成本最低、安全性能高、低溫性能良好、循環壽命長等特點,可廣泛應用于低速電動車、家庭儲能、5G通訊基站等大規模儲能裝置。鈉離子電池打入兩輪電動車市場。2021年7月7日,國內第二大電動兩輪車愛瑪科技在發布會上表示將使用鈉離子電池搭載在未來旗下的電動兩輪車上,其鈉離子電池由鈉創新能源提供。2019年,鈉創新能源完成了噸級材料產線。目前1000-3000噸級產線基本建成試運營,3000噸可以對應百萬輛愛瑪電動車。儲能和兩輪車市場適合鈉電池,車用動力市場還需觀察。鈉電池規?;a后成本低,同時安全性好,能量密度、循環壽命尚可,在儲能和兩輪車市場更有優勢。在動力領域,鈉電池優秀的低溫和快充性能是鋰電池的良好補充,但能量密度有一定差距,不過寧德時代提出在動力電池系統中將鋰電池和鈉電池混配并升級BMS的方案,可能會推動鈉電池在車載市場應用。3、國內企業已經開始布局,大規模產業化可能在2023年以后寧德時代電池產業優勢雄厚,已經推出鈉電池產品。公司已經發布第一代鈉電池產品,單體能量密度達160wh/kg,系統集成效率達80%,同時零下20度容量保持率90%,在常溫下充電15分鐘電量達到80%,綜合性能優秀。公司材料體系均為自身研發,采用普魯士白(鐵錳基氧化物,普魯士藍的升級版)和層狀氧化物作為正極,硬碳作為負極(克容量350mah/g)。未來下一代鈉電池能量密度目標突破200wh/kg。中科海鈉依托中科院物理所,鈉離子電池技術領先。中科海鈉成立于2017年,核心技術來源于中國科學院物理研究所清潔能源實驗室,是國內首家專注于鈉離子電池研發與生產的高新技術企業,公司擁有鈉離子電池核心專利15篇,在鈉離子電池全生產鏈各個環節已掌握具有完全自主研發的核心技術,目前已成功開發出的鈉離子電池能量密度達到145Wh/kg。2021年4月,華陽股份全資子公司新陽能源與中科海鈉合作,擬建設2000噸鈉離子電池正極材料和2000噸鈉離子電池負極材料項目。鈉創新能源團隊源于上海交大,產品覆蓋廣泛。鈉創新能源成立于2018年,其中,浙江醫藥參股40%,但不參與實際經營。公司核心團隊源自上海交大馬紫峰教授鈉離子電池技術研發團隊,首席科學家馬紫峰教授發表鈉離子電池相關文獻16篇,公司擁有30余項發明專利,涵蓋鈉離子電池正極材料、電解液、電池的設計制造以及系統集成與管理等。公司核心產品包括鐵基三元材料前驅體、鐵酸鈉基三元正極材料、鈉電電解液、電芯及系統應用產品等。2021年7月7日,愛瑪科技在經銷商大會上發布鈉離子電池,電池由鈉創新能源負責,未來將搭載在自己的電動兩輪車上。大規模產業化可能在2023年以后。目前國內鈉電池還沒有形成大規模的產業鏈,電池企業處于前期的電化學體系積累階段,材料主要依靠自身研發。未來隨著產品成熟度持續提升,國內鈉電池產業鏈可能逐步形成,根據寧德時代預計,可能在2023年以后。投資建議鈉電池工作原理與鋰電池類似,生產設備也基本兼容,材料體系有一定變化,鈉電池憑借能量密度和循環性能的優勢,有望在儲能和兩輪車等市場獲得商業應用。在車用動力電池領域,鈉電池優秀的低溫、快充、安全性是對鋰電池的補充,但能量密度和循環性能差距較大,不過寧德時代提出了動力電池中采用鋰電池和鈉電池混配輔以BMS升級的方案,有望推動鈉離子電池在交通領域應用。鈉離電池作為一種新的路線,其核心的原材料供應更大宗和普遍,有助于擺脫電池上游戰略資源瓶頸,能更好的滿足未來TWh時代電池技術多樣化需求,是鋰電池良好的補充,預計其規模的應用可能在2023年以后。推薦與關注:寧德時代:7月29日發布第一代鈉離子電池產品,已經完成前期的電化學體系積累。華陽股份(煤炭):間接持有中科海鈉1.66%的股權。浙江醫藥(化工):持有鈉創新能源40%股權。鼎盛新材(有色):鈉電池中銅箔改用鋁箔。風險提示1)鈉電池技術升級和推廣低于預期。鈉電池的能量密度、循環性能還有待提升,如果技術無法持續升級,可能導致推廣不及預期,下游應用空間比較有限。2)成本下降幅度低于預期。鈉離子電池理論成本會更低,但目前還沒有進入大規模量產階段,生產工藝和設備還不夠成熟,因而成本還比較高。若成本下降幅度低于預期,可能導致大規模商業化應用低于預期。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        2020年以來主要液流電池簽署項目匯總

        新型儲能政策推動液流電池進入商業化前期,國內裝機規模未來2年有望實現成倍增長,并在大規??稍偕茉床⒕W與電網調峰領域率先爆發。2021年以來,鋰離子電池上游原材料價格暴漲與產能緊缺,暴露出過度依賴單一技術路線的風險:鋰電池下游需求快速釋放造成上游價格上升,產能供應不足,導致儲能與電動車、兩輪車、智能家居等下游“搶電池、搶原料”的情況發生。另外,儲能鋰電池產品壽命不長、火災爆炸等事件時發等問題也影響了鋰電池儲能產品的應用。2021年7月,國家發改委和能源局發布《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,文件提出要堅持儲能技術多元化,推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持續下降和商業化規模應用,實現液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期。液流電池等新型儲能電池的政策春天正逐步來臨。液流電池在大規模儲能的優勢:超長循環壽命、高安全穩定性、綠色環保液流電池通過不同電解液離子相互轉化實現電能的儲存和釋放。與傳統二次電池相比,其電極反應過程無相變發生,可以進行深度充放電,能耐受大電流充放。與其他電化學儲能技術相比,液流電池最突出特點就是循環壽命特別長,最低可以做到10000次,部分技術路線甚至可以達到20000次以上,整體使用壽命可以達到20年或者更長時間。其次,液流電池的儲能活性物質與電極完全分開,功率和容量設計互相獨立,便于模塊組合設計和電池結構放置;儲存于儲罐中的電解液不會發生自放電;電堆只提供電化學反應的場所,自身不發生氧化還原反應;活性物質溶于電解液,電極枝晶生長刺破隔膜的危險在液流電池中大大降低;同時流動的電解液可把電池充電/放電過程產生的熱量帶走,避免由于電池發熱而產生的電池結構損害甚至燃燒;最后,液流電池的電解液可以實現回收再利用,相比鉛蓄和鋰離子電池,不會對環境造成污染。產品分類看,液流電池按照電解液體系的不同可分為全釩、鐵鉻、鋅溴等不同技術路線。全釩液流電池是目前商業化最為成熟的液流電池路線。首先,全釩液流電池經過多年示范考核,其大規模儲能的工程效果已得到充分的驗證,其他路線由于示范時間短,仍需要經歷較長的驗證周期;相比鐵鉻等技術路線,全釩液流電池的電解液、隔膜、膜電極等原材料供應鏈已經初步成型,國產化進程不斷加快,已能夠支撐起開展百兆瓦級的項目設計與開發,其產業配套更加成熟;最后,全釩液流電池系統(10MW-4小時儲能配置)的單瓦時成本已經能夠控制在2-3元的水平,已經具備初步商業化應用的條件。鐵鉻液流等路線雖然具備更大的降本空間,但從技術瓶頸突破、產業鏈培育和產能建設的進度看,未來五年其他液流電池路線的成熟度和成本水平仍難與全釩液流電池相媲美。液流電池與其他電化學電池技術對比資料來源:公開資料,高工產研新能源研究所(GGII),2021年10月綜上,液流電池是更適合大規模、長時間儲能場合的儲能電池技術路線。從產業配套成熟度看,全釩液流電池將是未來五年主流的液流電池技術路線。隨著裝機規模的快速提升,液流電池的儲能性能優勢將會越發突出。2020年以來市場回顧:簽訂項目數創新高,產業鏈企業擴產加速需求端看,目前液流電池電化學儲能裝機量占比偏低,無論是全球還是中國,比例均低于1%。但2018年以來液流電池簽訂項目數和裝機項目數均創新高,市場熱度明顯提升。以國內為例,根據不完全統計,僅從2021年到2021H1,國內規劃的液流電池裝機量超過6GW,容量超過20GWh。預計2022-2023年該批項目將會密集投運,整體規模將在2021年的基礎上翻番,屆時有望為國內液流電池市場帶來巨額訂單需求。2010-2020年全球液流電池裝機量增長情況(MWh)資料來源:美國能源部2020年以來主要液流電池簽署項目資料來源:公開資料、高工產研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月供給端看,根據GGII產業調研,大連融科、北京普能世紀、樂山偉力得為代表的電池企業,蘇州科潤、攀鋼釩鈦為代表的上游配套企業自2018年以來陸續融資擴產,為即將爆發的液流電池市場屯兵備糧。2021年國內主要液流電池產業鏈擴產項目(部分)資料來源:公開資料、高工產研新能源研究所(GGII)整理.,2021年10月現階段液流電池市場規模較小,整體競爭格局尚未全面打開,大連融科與北京普能世紀涉足液流電池時間較長,其憑借著電堆產品迭代能力、供應鏈整合能力和MW級液流電池項目設計運維能力暫時處于國內領先地位,其裝機規模也遙遙領先國內其他同行。但隨著其他新進入者的加入與擴產項目的完成,未來市場競爭格局仍將存在較大的變數。產品技術端看,液流電池最為詬病的是其能量密度偏低,生產成本偏高。要推進液流電池儲能技術的普及應用,還需要將電堆的功率密度、能量密度和轉化效率再提升一個層次,從而降低電池的成本,提高其可靠性和穩定性,這是行業已經達成的發展共識。GGII預測未來5年,液流電池的產品技術發展將重點圍繞著電堆結構設計的數值模擬仿真、更高效低成本電堆原材料(離子交換膜、雙極板和碳氈等)、高功率密度電堆開發和電解液體系創新等四大方面開展。"十四五"儲能液流電池規模預判:2025年全釩國內裝機有望突破1GW隨著各地液流電池儲能示范項目落地并獲得技術驗證,"十四五"期間將是液流電池從定點示范走向推廣的重要機遇期。高工產研新能源研究所(GGII)預測,"十四五"期間全釩液流電池憑借著更為成熟的產業配套和產品技術、更低的初次投入成本,將成為主流的液流電池技術路線。2025年全釩液流電池國內裝機量有望突破1GW,新增的裝機量主要來源于電源側的可再生能源并網和電網側的削峰填谷兩大應用領域。增長的驅動力主要包括:1)新型儲能政策號召下,國電投、華能、華潤等能源央企加快投資液流電池等新型儲能示范項目,推動液流電池裝機量上一個臺階;2)大連融科、普能等國內產業鏈企業擴產項目投產,帶動電解液、電堆產業鏈配套規模擴大,制造成本進一步下降;3)國內電價市場化改革持續,取消工商業目錄電價、擴大峰谷電價差等電價改革措施在國內逐步落地,增強市場對不同儲能技術路線的包容性和液流電池商業盈利性;4)鋰離子電池安全隱患和儲能時長有限缺陷使液流電池得到新的成長機會。為全面了解儲能液流電池供求發展、技術路線、企業布局、未來前景等狀況,高工產研新能源研究所(GGII)通過實地走訪、電話調研、參考公開資料等途徑獲取了大量的行業信息并進行深度分析,最終形成《2021年中國儲能液流電池市場調研分析報告》。報告共分7章,從儲能細分領域(電源側、電網側和用戶側)、儲能液流電池需求規模、競爭格局、產品與技術、重點企業、風險與建議等方面,為想要了解儲能液流電池從業者提供全面的行業數據和分析報告。數據范圍說明●本報告數據更新至2021年6月?!癖緢蟾鏀祿灾袊箨懙貐^數據為主,少量涉及全球其他地區數據。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        釩電池產業鏈深度解析

        在“碳達峰、碳中和”背景下,以風電光伏為主的清潔能源將逐漸取代以煤炭、石油為主的化石能源。由于風電、光伏間歇性發電的特點,儲能正在從過去的“可選項”變為發展新能源過程中的“必選項”。#釩電池#當前儲能相關支持政策推出速度顯著加快。2021年7月15日,國家發改委、國家能源局正式印發《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,明確到2025年新型儲能裝機規模達30GW以上,未來五年將實現新型儲能從商業化初期向規?;D變,到2030年實現新型儲能全面市場化發展。文件提出要堅持儲能技術多元化,推動鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持續下降和商業化規模應用,實現液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期。目前主要的液流電池包括鐵鉻電池、鋅溴電池及全釩電池等。其中,全釩液流電池是目前研究和應用最廣泛的液流電池技術,其十分適合作為儲能電池,尤其是在光伏、風電等新能源領域。以釩電池為代表的液流電池,2019年裝機規模為20MW,2020年裝機規模達100MW,據不完全統計2020年以來釩電池項目,裝機量已經超過6GW,容量超過20GWH。按照《關于加快新型儲能發展的指導意見》政策制定目標,2025年累計實現新型儲能30GW裝機量,釩電池滲透率20%+,當前滲透率為1%左右,由于光伏、風電等將帶動儲能行業高速發展,釩電池未來發展前景廣闊,2021至2025年有望是釩電池滲透率提升的第一階段爆發期。釩電池有望成為儲能行業大發展賽道上的新星。釩電池的工作原理:資料來源:UET釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Battery,VRB),為液流電池的一種,是一種基于金屬釩元素的氧化還原的電池系統,其電解液是不同價態的釩離子的硫酸電解液。從應用領域來看,釩液流電池當前已實現在智能電網、通信基站、偏遠地區供電、可再生能源及削峰填谷等項目中的應用。全釩液流電池,壽命長、規模大、安全可靠的優勢尤為突出,可用于建造千瓦級到百兆瓦級儲能電站不易燃燒,可實現100%放電,而不損害電池,成為規模儲能的首選技術,在調峰電源系統、大規模風光電系統儲能、應急電源系統等領域具有廣闊的應用前景。釩產業鏈上游:資源端儲量豐富釩在地殼中為第17種常見元素,在地殼中的含量為0.02~0.03%,分布廣泛。釩常以釩鐵、釩化合物和金屬釩的形式廣泛應用于冶金、宇航、化工和電池等行業。釩很少形成獨立的礦物,主要賦存于釩鈦磁鐵礦、磷酸鹽巖、含鈾砂巖和粉砂巖中,此外還有大量的釩賦存于鋁土礦和含碳物質中(如石油、煤)。絕大多數的釩供應來源于共伴生礦床:釩產量中大約有71%來自釩鈦磁鐵礦煉鋼后得到的富釩礦渣,18%直接來自釩鈦磁鐵礦,二者合計達到89%,其他的釩來自釩鈾礦、含釩燃油灰渣、含釩石煤、廢化學催化劑等等。釩主要以伴生元素賦存于釩鈦磁鐵礦中:資料來源:USGS全球釩礦儲量主要集中在中國、俄羅斯、南非,中國儲量占全球的43%。中國的釩礦產量占全球62%。2020年全球釩靜態開采年限達到253年,相比于其他金屬20-50年的靜態開采年限,釩的資源十分充足,其資源儲量完全有能力保障需求的數量級增長。中國的釩礦產量占全球62%:資料來源:USGS, 行行查國內釩資源主要以釩鈦磁鐵礦共伴生存在為主,分布區域主要有四川攀枝花地區、河北承德地區和遼寧朝陽地區。從釩儲量來看,四川攀枝花地區的釩資源最為豐富,攀枝花市境內釩鈦磁鐵礦保有儲量達237.43億噸,其中釩資源儲量達1865萬噸,約占全國儲量的62%,攀鋼釩鈦是國內最大的釩產品生產商,2020年公司釩產品產量占國內產量的18.75%。具備釩制品(折合V2O5)產能2.2萬噸/年,外加托管的西昌鋼釩的產能1.8萬噸/年,公司實際控制的產能達到4萬噸/年。我國主要釩生產企業還包括河鋼承德釩鈦新材料、川威特殊鋼、四川德勝集團鋼鐵、承德建龍特殊鋼等。經歷產能出清過后的釩行業集中度提升,競爭格局優化,龍頭企業定價權進一步提升。攀鋼釩鈦行業龍頭地位得到強化與鞏固,定價權得以進一步提升。釩產業鏈下游:鋼鐵為主要應用領域,儲能需求高速增長釩的下游包括鋼鐵與鑄造、鈦合金、化工以及儲能,釩的應用集中在鋼鐵領域,占比達到85%。儲能方面則被用在全釩氧化還原液流電池中。根據Roskill,得益于對螺紋鋼標準的執行,中國的釩使用強度已經超過了世界平均水平,正在超發達國家邁進。到2030年,全球鋼鐵對釩的需求將達到約136000噸,年均復合增長率達到2.7%?!半p碳”背景下鋼鐵行業對釩的需求增量有限。隨著儲能的高速增長,釩電池有望帶動釩需求呈現爆發式增長。Roskill預測到2030年,VRFBs的釩需求將以約56.7%的復合年增長率增長。世界銀行預測,到2050年,單是儲能領域的釩需求量就可能達到2018年全球釩產量的兩倍。釩電池與鋰電池相比的優劣勢從成本端來看,與鋰電池相比,釩電池最大的劣勢就是成本。隨著消費電子和新能源汽車對鋰電池行業的拉動,鋰電市場規模急劇擴大,技術不斷進步,加上規模效應,帶來成本的大幅下降。資料來源:CNKI, 行行查由于尚未規?;逃?,且受制于設備、產能以及高額的前期投入,目前釩電池成本約為鋰電池的2-3倍。以當前集裝箱交付的價格(含電池包、溫控系統、換流系統、消防系統、監控系統等),目前釩液流電池成本達3-3.2元/Wh,對比目前儲能鋰離子電池成本約1.2-1.5元/Wh,釩電池仍面臨巨大的價格壓力。全釩液流電池儲能系統由電堆、電解液、管路系統、儲能變流器等組成,其中電堆和電解液成本占系統總成本的85%左右。隨著政策推進,釩電池形成規?;?、集群化產業后,電池成本有望進一步下降。全釩液流電池關鍵技術:資料來源:《全釩液流電池》,行行查相比鋰電池,安全是釩電池最大的優勢。與目前儲能電站的主流電池——使用非水電解液的鋰電池不同,由于全釩液流電池電解質離子存在于水溶液中,發生過熱、爆炸的可能性大大降低,液流電池的安全性能讓其在電池領域脫穎而出。另外,不同于鋰80%供應在海外,釩的供應大約50%在國內,資源不會受制于人。釩的需求結構一直相對穩定,90%來自鋼鐵,儲能目前只占1%。但是隨著儲能進入爆發期,2025年占比有望超過15%,2030年有望超過30%。正如2015年的鋰鈷和2018年的鎳的發展格局,新的需求領域帶來了新的成長空間。隨著儲能行業的快速發展,釩產品未來的需求空間打開,釩有望成為繼鋰鈷鎳之后能源金屬。釩電池放電過程:資料來源:北京普能從釩電池的歷史發展沿革來看,釩電池相關研究源于1984年UNSW對2/3價與4/5價釩離子電對在氧化還原電池中的應用,并于1988年開始進入工業研發階段。1995年,中國工程物理研究院電子工程研究所從率先在國內開始釩電池的研制。先后研制成功了500W、1000W的釩電池樣機,成功開發了4價釩溶液制備、導電塑料成型及批量生產、電池組裝配和調試等技術。2002年,釩鋼龍頭企業攀枝花鋼鐵公司以深化資源利用為目的,與中南大學合作介入了釩電池的研發。2009年,中國普能實現對全球最大釩電池公司VRB Power Systems公司的資產收購,包括其擁有或控制的所有專利、商標、技術秘密、設備材料等。此外,VRB PowerSystems公司的核心技術團隊加入合并后的公司。資料來源:行行查從釩電池市場格局來看,目前釩電池市場體量較小,龍頭格局未顯,產業仍處于發展初期。目前全球范圍內研發和制造企業主要包括日本住友電工SEI、大連融科、北京普能、美國UniEnergyTechnologies等。國內釩電池生產企業主要為北京普能、大連融科、武漢南瑞(國網英大子公司)、上海電氣及偉力得。根據國家發改委、國家能源局發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》所制定的目標,到2025年新型儲能裝機規模將達30GW以上,與目前的裝機量相比仍有巨大的空間。釩電池由于其壽命較長,安全性較好,其在儲能領域的滲透率將穩步提升,2025年釩電池在儲能領域滲透率有望達到15%-20%。國家能源集團北京低碳清潔能源研究院儲能技術負責人劉慶華表示:“十四五”時期,我國全釩液流電池將迎來非常好的大規模推廣時機。隨著各地全釩液流電池儲能示范項目落地并獲得技術驗證,未來5年內預計將是全釩液流電池從成熟走向推廣的重要窗口期?!?

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        為儲能電池“加料” 我國科學家研制出新型釩液流電池電極材料

        記者從長沙理工大學獲悉,該校丁美、賈傳坤教授團隊,聯合重慶大學教授孫立東、中科院北京納米能源與系統研究所研究員孫其君,及中科院金屬研究所等多個科研團隊,利用電沉積和氧化還原靶向催化交叉結合技術,共同開發出了一種大規模儲能釩液流電池用的普魯士藍復合電極材料,可顯著提高釩液流電池功率密度和能量效率。這種新型電極材料,有望助推釩液流電池“提質降本”,為其進一步商業化應用提供了新思路。目前,成果進入應用孵化階段,這一研究成果也于日前發布于全球工程技術與材料類著名期刊《SMALL》上??稍偕茉撮_發和利用的迫切性,眾所周知??稍偕茉吹目焖侔l展,則有賴于高安全、低成本、長壽命的大規模儲能新技術。電化學儲能,是儲能技術的一個重要分支。其中,釩液流電池因具有循環壽命長、安全可靠、功率與容量獨立等優點,是目前最有應用前景的大規模儲能技術之一。不過,要將這類電池產業化,則“受制”于電池性能和成本。電極材料是決定釩液流電池功率成本和效率的關鍵材料之一。目前,最常用的電極材料為碳氈或石墨氈,這類電極材料對釩離子的催化活性低,比表面積也低,成為釩液流電池“提質降本”,進入商業化應用的瓶頸。尋找到高活性、低成本的電極材料,是業內專家研究的熱點和重點。研究團隊歷時3年,開發了該種普魯士藍復合電極,有效提升了釩離子反應活性,從而顯著提高了釩液流電池功率密度和能量效率?!坝眠@個復合電極組裝的釩液流電池,功率密度較碳氈電極提升了50%以上。在100毫安每平方厘米的電流密度下,能量效率甚至超過88%?!倍∶勒f。

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        釩電池能否挑戰鋰電池地位?業內專家:前者更適合規模儲能環節

        鋰電池產業已經十分成熟,資本市場也已經孕育了寧德時代(300750,SZ)等優質龍頭。新能源電池的路線這么多,這一產業未來是否還會有黑馬殺出?釩電池成為被看好的其中一條路線。今日(7月31日),由四川省釩鈦鋼鐵產業協會和中國鐵合金在線聯合主辦的第十屆中國釩業發展論壇在成都召開。會上,釩電池技術路線成為業內熱議問題。多位業內專家表示,隨著風能、太陽能等清潔能源的發展,儲能環節將為釩電池帶來巨大的需求。相較鋰電池,釩電池的安全性、儲能容量都有優勢。不過,釩電池要完成成熟的商業化進程,還需要解決高成本等制約條件。中國科學院金屬研究所研究員嚴川偉表示,大規模儲能環節適合釩電池。圖片來源:每經記者 胥帥 攝釩電池需求在規模電力儲能在第十屆中國釩業發展論壇上,釩資源的發展等成為熱議問題?!凹涌炫嘤澜缂夆C鈦鋼鐵現代產業集群?!彼拇ㄊ〗洕托畔⒒瘡d黨組成員、副廳長翟剛在論壇上表示,四川釩資源儲量約占全國總儲量的63%,大部分集中在四川攀西地區。其中,攀鋼集團釩產業國內第一,目前也是世界排位第一。在四川省“5+1”現代產業體系中,提出加快建設釩鈦鋼鐵稀土等先進材料產業。釩電池,曾經在2018年火過一陣。伴隨釩電池概念的興起,2018年的攀鋼釩鈦因掌握上游資源被資金熱炒。當年9月到10月間,攀鋼釩鈦(000629,SZ)股價上漲超過了50%。不過釩電池的商業應用遲遲未有突破,炒作幅度自然無法與成熟的鋰電池板塊相比擬。從規???,截至2019年底,中國已投運儲能項目累計裝機規模32.4GW,其中電化學儲能的累計裝機規模位列第二。這當中,鋰離子電池的累計裝機規模最大,為1378.3MW,占比80.6%;釩電池為代表的液流電池裝機規模僅有20.52MW,占比1.2%。不過釩電池的裝機量正在逐步增長,據國際釩技術委員會統計,全球在運行的釩電池項目達到113個,總裝機為39.664MW,總容量為209.8MWh。四川星明能源環??萍加邢薰靖笨偣こ處煆堉以1硎?,2020年上半年,國內外釩電池生產和應用市場已逐漸活躍?!扳C電池現在處于商業化前期,它主要應用于新能源儲能環節?!睆堉以8嬖V《每日經濟新聞》記者,儲能是釩電池的最大優勢,特別適用風力發電、光伏發電的儲能環節,“像光伏發電主要在白天作業,晚上沒有陽光怎么辦?”中國科學院金屬研究所研究員嚴川偉表示,新能源產業鏈的儲能需求,對釩電池這類液流電池來說是剛性需求?!皟δ鼙仨氉龅侥茉窗踩?,要求電池具備穩定性。大規模儲能環節,釩電池安全的穩定性就很高?!眹来▊Α睹咳战洕侣劇酚浾弑硎?,根據《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》,以10%為配比,2020年光伏發電儲能達到6GW,儲能金額為300億元。不只是光伏,電網削峰填谷同樣存在巨大的儲能需求。商業化突破需降低成本通常來說,釩電池都會被用來與鋰電池比,但嚴川偉認為這樣的比較并不科學。嚴川偉表示,鋰電池和釩電池的應用場景不一樣,比較優勢不一樣,缺點也是各不相同。更為關鍵的是,鋰電池已經進入成熟的商業化運作,釩電池距離這一市場水平還有一段路要走?!颁囯姵氐睦碚摵蛻煤艹墒?,能量密度很高,這是優勢。但釩電池是用于規模電力的用途?!眹来▊フf,這涉及到不同的產業環節,釩電池適合大容量儲能應用,鋰電池則涉及小容量?;诓煌膽脠鼍?,兩種電池展現的技術優勢也各不一樣。釩電池充放電不涉及固相反應,電解液使用的損耗非常小?;谶@一優勢,釩電池用于大規模電力儲能時,會減少傳輸階段的電力損耗。張忠裕說,況且釩電池體量比鋰電池大,這決定它很難直接用于新能源汽車。但需要注意的是,釩電池雖然展示了在儲能領域的技術優勢,可商業化進程為何沒有大的突破?“主要還是成本太大?!睆堉以Uf,他此次在論壇的報告主題就是降低釩電池成本,“10kW/40kWh釩電池儲能系統為例,儲能系統成本占比最大為釩電解液成本,占總成本的41%,電堆成本達到37%,兩者總和達到78%。降低釩電池價格最有效的辦法就是降低釩電解液及電堆的生產成本?!眹来▊ケ硎?,降電堆成本就是要開發低成本材料、提高電流密度,降電解液成本就是要有低成本的釩源、低成本技術路線。張忠裕說,釩電池的材料成本高,“主要是沒有大規模商業化,缺乏產業配套的企業。產業成熟,規模經濟起來了,單位成本就會降低?!绷硪环矫?,張忠裕認為,釩電池產業環節具有較高的門檻,即初始的投資要求較高,“雖然拉長時間周期,整體成本和鋰電池差不多。但它的初始投入資金就高出很多?!彼?,嚴川偉也建議企業要進入釩電池領域,需要明確在產業鏈的定位。嚴川偉和張忠裕均表示,釩電池解決了經濟性問題,那么產業化和商業化的那天就能很快到來。但也有業內人士表示,釩電池是釩需求潛在增長點,但不確定性很大,“有一定前景,仍需要通過示范工程驗證”。不過總體來看,釩電池的未來還是被廣為看好,釩礦資源也會有需求。

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        中國科學家研發出新一代全釩液流電池電堆

        中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)11日發布消息稱,該所研究員李先鋒、張華民領導的科研團隊近日成功研發出新一代低成本、高功率全釩液流電池電堆。風能、太陽能等可再生能源固有的隨機性、間歇性、波動性、直接并網難等特性,一定程度上限制了可再生能源的發展利用。全釩液流電池是一種高性價比、高能效、長壽命的規模儲能技術,其可將不穩定的可再生能源儲存,并實現平穩輸出利用。經測試,該電堆在30千瓦恒功率運行時,其能量效率超過81%,100個循環容量無衰減。據介紹,全釩液流電池儲能系統由電堆、電解質溶液、管路系統等組成,其中電堆起到了至關重要的作用。而相對于傳統全釩液流電池電堆,新一代電堆采用的可焊接多孔離子傳導膜可以提升離子選擇性,提高電解液的容量保持率,此外,多孔離子傳導膜的成本遠低于商業化的全氟磺酸膜,從而可大幅度降低電堆成本?!拔覀兺ㄟ^應用自主研發的可焊接多孔離子傳導膜,實現了對電池電堆組裝工藝的改進?!贝筮B化物所研究員李先鋒表示,新一代全釩液流電池電堆不但保持了傳統電堆的高功率密度,相比傳統電堆,其總成本也下降了40%。大連化物所方面表示,新一代全釩液流電池電堆的成功研發,將大幅度降低全釩液流電池系統的成本,推動全釩液流電池的產業化應用。上述工作得到了中國科學院“變革性潔凈能源關鍵技術與示范”戰略性先導科技專項、國家自然科學基金等項目的支持。(完)

        作者: 楊毅 詳情

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