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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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    動力電池回收“風起云涌”

    動力電池回收市場持續“狂熱”。高工鋰電獲悉,隨著動力電池進入報廢小高峰,疊加原材料價格高漲,電池回收行業進入爆發期。以格林美為例,其上半年廢舊動力電池回收量已經超過去年全年,預計全年回收較上半年還將翻番。基本面上,數據顯示,我國目前現存動力電池回收相關企業已經達到4.06萬家。截止2022年8月,全國規劃廢動力電池處理環評批復產能193萬噸,企業規劃處理產能超400萬噸。政策面上,2022年1月,工信部等八部門發布《加快推動工業資源綜合利用實施方案》,完善廢舊動力電池回收利用體系;8月,工信部、國家發改委、生態環境部聯合印發《工業領域碳達峰實施方案》,明確“推動新能源汽車動力電池回收利用體系建設”。資本市場更是聞風而動,今年以來,多家動力電池回收企業獲得資本青睞。其中,昇科能源宣布完成數千萬元A輪融資;杰成新能源完成過億元人民幣A輪融資;金晟新能源數億元B輪融資;恒創睿能完成超3億元B輪融資;賽德美完成數千萬元的A輪融資。行業的一致判斷是,鎳鈷鋰核心戰略資源對外依存度高,動力電池回收利用才是王道。統計數據顯示,資源的稀缺程度預計在2035年后進一步加劇,可開采的Li、Co、Ni分別只能支撐當年需求量35年、14年和36年。當前,原材料價格跳漲、材料供應短缺已經成為掣肘電池產能釋放的重要因素,材料來源成為企業關注的重中之重。雙碳背景下,大規模動力電池退役潮即將到來,通過電池回收獲取原材料日益成為主要路徑之一。產業鏈企業“摩拳擦掌”今年以來,包括第三方電池回收企業在內,動力電池產業鏈企業在電池回收領域動作頻頻。9月,蜂巢能源與中偉新材料在江西上饒成立常青藤再生資源公司,標志其正式進入電池回收領域。9月,格林美聯手偉明環保、永青科技擬在溫州建設報廢汽車與動力電池回收的綠色循環經濟產業園,總投資22億元。同月,寧德時代邦普一體化新能源產業園邦普循環項目試產、邦普時代項目開工。7月,天賜材料公布的兩則擴產公告均涉及回收,包括湖北宜昌10萬噸鋰電池回收項目及江蘇10萬噸鐵鋰電池回收項目。6月,格林美與團隊持股平臺、政府投資平臺及其他投資者等12家投資主體,就全資子公司武漢動力再生股權轉讓及增資擴股事宜簽訂合作協議,并對武漢動力再生新增資金2.1億元。其5月還與匈牙利駐上海總領事館簽署《新能源汽車用高鎳前驅體生產及報廢動力電池循環回收項目合作備忘錄》,擬共同在匈牙利打造歐洲領先、世界標準的新能源循環經濟產業基地。此外,包括特斯拉、大眾、奇瑞、中創新航、國軒高科、中偉股份、華友循環、寒銳鈷業等車企、電池企業、材料企業以及第三方回收企業都在積極布局動力電池回收。多方勢力不約而同瞄準動力電池回收領域,其背后邏輯不言而喻。行業預計,2021-2025年,全球新能源汽車銷量增速30%以上,2025年將突破2300萬輛以上。2025年我國預計退役動力電池累計137.4GWh,梯次利用與再生利用產值預計可超千億規模。預測2025年,中國需要回收的廢舊電池容量將達到96萬噸,2025年通過回收動力電池可再生的鋰、鈷、鎳、錳資源量分別約占相應需求量的27.7%、55.5%、28.7%、47.9%。成為動力電源原材料供應核心組成部分。可以預見,動力電池回收行業風口已至,提前加大該領域布局,有利于搶占市場先機。隨著全球電動化轉型提速,動力電池回收市場將成為眾多企業激烈角逐的另一大戰場。動力電池回收利用行業“痛點”面對千億規模市場“蛋糕”,入局者已經紛至沓來。不容忽視的是,動力電池回收利用行業處于發展初期,在諸多方面仍然存在痛點,其中包括:1、從回收體系看,動力電池回收渠道依舊不規范、不成熟;2、精細化拆解方面,電池規格型號不一致、拆解設備自動化程度低;3、檢測及梯次利用方面,缺乏電池快速無損檢測技術、梯次產品無法標準化 ,生產效率低下;4、資源回收方面,現有工業金屬回收率低、純度不高、工藝流程長、運行成本高;5、安環管控方面,回收、利用過程中存在安全、環境隱患。分析認為,除了政策層面持續完善動力電池回收的規范之外,對于涉足電池回收的企業而言,具備產業鏈合作資源,持續智能化、精細化拆解技術創新,多場景梯次利用產品開發能力,全方位環保規范管理能力,創新商業模式等將成為企業未來發展的核心競爭力。值得一提的是,動力電池市場的持續火熱也吸引了眾多無資質的小企業入局。和正規公司相比,無資質企業的流動性強,不易被監管部門檢查,回收標準更低也加劇了回收電池囤貨居奇的現象。少量正規軍和大量小“玩家”的問題,不斷導致電池回收魚龍混雜,讓千億元“蛋糕”越來越難啃。行業的判斷是,隨著電池回收行業逐漸規范、要求日漸嚴格,不合規企業將會被淘汰出局,疊加退役電池規模不斷增大,市場供需關系必定重組,市場洗牌也會進一步加劇。

    作者:沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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    動力電池企業爭相入股 鋰電銅箔賽道競爭升級

    動力電池產能加速邁入TWh時代釋放龐大市場需求,驅動眾多鋰電產業鏈企業沖刺IPO募資擴產。9月30日, 鋰電銅箔企業九江德福科技股份有限公司(以下簡稱,德福科技)創業板首發過會。本次IPO,德福科技擬募資12億元,用于2.8萬噸/年高檔電解銅箔建設項目、高性能電解銅箔研發項目和補充流動資金。作為國內老牌銅箔企業,德福科技從2020年起將業務重心向鋰電銅箔轉移,鋰電銅箔銷售占比從2020年的27.7%提升至2021年的57.36%,鋰電銅箔出貨量進入行業TOP5陣營,成為目前鋰電銅箔市場的主力供應商之一。同時,德福科技在2021年還引入了LG化學、贛鋒鋰業、萬向一二三、盛屯礦業等鋰電產業鏈企業的戰略投資;寧德時代也通過旗下晨道資本間接入股了德福科技。此次IPO募資將為德福科技在產能擴充、產品研發和供應鏈布局等方面提供資金支持,進一步提升其綜合競爭力。值得注意的是,除了德福科技之外,其它銅箔企業也在加快產能擴充步伐,并積極對接資本市場,引入動力電池企業的戰略投資。今年2月,江西銅業(600362)發布公告稱,為做大做強銅箔業務,啟動分拆控股子公司江銅耶茲銅箔有限公司(以下簡稱江銅銅箔)至創業版上市。與此同時,江銅銅箔還獲得了多家動力電池企業的戰略投資。其中孚能科技通過全資子公司天津孚茲股權投資合伙企業(有限合伙)出資6207萬元入股江銅銅箔成為其第四大股東,持股3.54%;蜂巢能源出資3724萬元入股成為其第7大股東,持股2.12%。9月26日,深交所受理江銅銅箔創業板IPO。本次IPO,江銅銅箔計劃募資20億元,分別投入到江銅銅箔四期2萬噸/年電解銅箔改擴建項目和補充流動資金。9月25日,銅陵市華創新材料有限公司(以下簡稱:華創新材)年產10萬噸超薄鋰電銅箔項目簽約落戶四川遂寧高新區,項目總投資約90億元。7月,華創新材年產10萬噸電解銅箔項目還簽約落戶內蒙古鄂爾多斯,項目總投資約90億元;1月,華創新材年產10萬噸超薄鋰電銅箔項目簽約落戶南昌,項目總投資約100億元,該項目已于3月開工。近期,華創新材完成新一輪戰略融資,本輪融資獲得了寧波梅山保稅港區問鼎投資有限公司(寧德時代控股)、深圳市億緯控股投資有限公司(億緯鋰能控股)、合肥國軒高科動力能源有限公司(國軒高科控股)、深圳市前海弘盛技術有限公司(欣旺達控股)、珠海冠明投資有限公司(珠海冠宇控股)等電池廠商的參投。華創新材此輪融資完成后,億緯鋰能間接持股2.5201%;寧德時代間接持股2.2051%;國軒高科間接持股0.63%;欣旺達間接持股0.63%;珠海冠宇間接持股0.63%,華友控股持有華創新材股權69.5167%。此外,國軒高科此前入股了銅冠銅箔、比亞迪則入股了銅博科技。上述鋰電銅箔企業沖刺IPO擴充背后是,動力電池市場出貨持續增長對鋰電銅箔產生強勁需求,鋰電銅箔企業訂單持續增長但有效供貨產能不足,加快產能擴充成為鋰電銅箔企業當前面臨的重要任務。與此同時,寧德時代、比亞迪、億緯鋰能、蜂巢能源、國軒高科、欣旺達等動力電池企業爭相入股投資鋰電銅箔企業,也表明電池企業保障鋰電銅箔供應穩定和維穩價格的需求急迫,通過參股、合資建廠等方式布局鋰電銅箔,將成為電池企業維穩自身供應鏈,降低生產成本,提升產品盈利能力的有效途徑。隨著動力電池產能加速擴充和市場競爭加劇,預計后期還將有其它電池企業加強在鋰電銅箔供應方面的布局,導致鋰電銅箔市場競爭更加激烈。從行業競爭格局來看,目前國內電解銅箔行業的市場集中度整體偏低。隨著上下游企業相繼布局銅箔行業,加上眾多銅箔企業上市擴產,或將對未來鋰電銅箔整體競爭格局產生深遠影響。

    作者:沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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    動力電池產業鏈“西進” “雙輪聯動”才能贏在未來

    近年來,國內外動力電池產業鏈公司紛紛“西進”,入川投資項目。正如中科院院士歐陽明高判斷的那樣:動力電池產業鏈的趨勢是向西部轉移,特別是向四川轉移。7月30日,全球動力電池“霸主”寧德時代宣布與四川省成都市簽署戰略合作框架協議,寧德時代將在成都設立西南運營總部和成都研究院,構建西南研發運營總部。而此前,寧德時代已宣布在四川省宜賓市投資640億元,建設全球最大單體動力電池生產基地項目。除寧德時代外,近兩年,中創新航、億緯鋰能、蜂巢能源等幾個排在國內動力電池出貨量前十的企業,紛紛在四川落地建廠,初略估算,投資規模已有數千億元。此外天賜材料、貝特瑞、杉杉股份、富臨精工等一批動力電池產業鏈企業,也在用真金白銀在四川投資。而在不久前閉幕的2022世界動力電池大會上,四川宜賓簽約動力電池和新能源汽車配套項目48個,涵蓋正極材料項目、負極材料、隔膜、電解液、銅(鋁)箔、結構件、電池回收利用等領域,簽約總金額962億元。簽約企業中,不乏中材鋰膜、遠東控股、大族激光、貝特瑞等行業細分領域龍頭企業。項目全部建成達產后,預計可實現產值超1500億元,稅收近100億元。穩住經濟大盤是當前全國各地的重頭戲。此時來看動力電池產業鏈企業的“西進”,應當視為一股現象級產業投資浪潮。那么,這些企業究竟看中了四川哪方面優勢?接下來,當地需要怎么做,以便更好地提供服務并爭取引入更多企業?“雁陣”新格局與四川優勢動力電池產業鏈近些年“西進”,并非偶然,而是得益于產業轉移的“雁陣模式”。縱觀動力電池產業發展歷程,我國華東尤其是東南沿海地區的動力電池產業起步早,憑借人才密集、地理位置、制造業基礎發達等優勢,已形成一定產業集群和“頭雁效應”,無論是產業配套還是應用市場都相對成熟。從區域布局看,華東地區目前是動力電池產能的集中區,截至去年底已投產產能超300GWh,占比超60%。而相比之下,以川渝為代表的西南地區,動力電池產業起步較晚,整體處于追趕態勢。這股“西進”浪潮也較為充分印證了,西南地區尤其是四川,憑借其豐富的資源優勢,加上產業轉移和政策支持力度的持續增大,對動力電池及產業鏈配套企業的吸引力持續增強,并超過華中地區。由此,我國動力電池產業形成了華東、西南、華中三大集中區域格局。“雁陣”新格局的形成,源于四川的綜合優勢。首先是四川礦石鋰資源豐富,占全球6.1%、全國57%,為其形成規模化的動力電池產能提供了有力支撐。近年來,西南地區的動力電池產能已位居我國第二位,占比為12%;華中、西北、華南、華北地區依次位居其后;而在東北地區,今年2月才正式開工建設首個動力電池工廠。在吸引企業落戶的諸多因素中,區位和交通優勢也是一大加分項。以四川宜賓為例,這個頗具潛力的動力電池生產基地,2018年成為全國50個鐵路樞紐之一,是川滇黔渝四省市唯一入圍的地級市。2021年11月,宜賓市提出在鐵路建設方面要建成“覆蓋市域、連接成渝貴昆、通達全國”的高鐵客運樞紐,建成成自宜高鐵、渝昆高鐵宜賓至重慶段,實現既有和在建鐵路路網規模突破800公里。這意味著,在這里生產的動力電池及配件,將有條件輻射整個西南市場。而在中歐班列的持續開行下,這里更有機會成為對外開放的重要前沿陣地。例如,如果在歐洲設立動力電池工廠的成本較高,企業可選擇來此建廠生產,然后通過中歐班列,只用13天到15天就能將產品運到德國,這在過去走海運需要50天。另一項優勢,在于豐富的水電資源。在動力電池生產成本中,占比較高的是電力。四川地處第一階梯和第二階梯的交匯處,西高東低的特點很明顯,因此四川各條河流上有很多小水電站,是全國水力發電量最多的省份,高達3349.1億度。全國排名前十的水電站,四川占了7個。這樣一來,不僅為企業節省成本,更有助于節能減排“綠電生產”。例如,四川時代之所以成為動力電池零碳工廠,就離不開當地豐富的水電等清潔能源的助力。數據顯示,四川宜賓每年超過300億度的發電量中,約73.5%是水電,而寧德時代在宜賓的工廠有80%以上的能源來自于可再生能源——水電,每年可減少約40萬噸碳排放。在發揮上述優勢同時,當地積極打造規模龐大的生產制造基地,探索前沿技術、參與國家標準認定、吸引人才落地,構筑了產業生態賴以發展的重要基礎。目前,四川已培育引進了寧德時代、中創新航、蜂巢能源、華鼎國聯、天齊鋰業、巴莫科技等一批行業領先企業,聚集鋰礦采選、基礎鋰鹽、電池材料、動力電池、新能源汽車及動力電池回收利用等產業鏈上下游企業近100戶,具備鋰礦開采能力近150萬噸,基礎鋰鹽產能24萬噸,正負極材料產能125萬噸,動力電池產能100GWh,推廣應用新能源汽車41萬輛,產業集聚效應明顯。“鏈主”新生態與產業未來作為國內動力電池產業發展重點區域之一,四川動力電池產業大有后來居上之勢。展望前路,四川動力電池產業潛力巨大,正蓄勢形成動力電池產業聚集的新高地。預計到2025年,四川將形成鋰礦開采能力500萬噸,基礎鋰鹽產能60萬噸,正負極材料產能250萬噸,動力電池產能350GWh,推廣應用新能源汽車80萬輛,實現產業高速高倍增長,成為世界級動力電池產業集群。實現上述目標,邁向更為高質量而可持續的產業發展軌道,離不開政策與市場的“雙輪聯動”。尤其需要圍繞動力電池產業鏈做好各項服務,聚焦產業協同,精準破解產業鏈協同發展難題,持續釋放不同利益主體互補潛力,不斷提升產業鏈供應鏈的穩定性和競爭力。首先要充分調動“鏈主”企業積極性,利用其自身市場份額、產業發展和項目資源等優勢,牽引和推動上下游關聯企業擴大投資。“鏈主”在整個供應鏈中占據優勢地位,對供應鏈中企業的資源配置和應用,具有較強直接或間接影響力,不僅是整條供應鏈價值實現最相關的企業,而且肩負著提升整個供應鏈績效的重任。其次要通過招商引資獎勵、支持“鏈主”與中小企業融通發展等方式,提升“鏈主”的生態主導力。相關部門不能替代“鏈主”直接配置市場資源,“鏈主”也不可挾鏈自重而忽視產業生態的融通共生。要構建親清政商關系,厘清政府與市場邊界,為優化營商環境、營造良好生態保駕護航;瞄準企業從落地到生產經營中的難點、堵點,以有力的舉措、貼心的服務為企業排憂解難,助力產業落地開花。再就是堅持差異化原則,加強產業統籌協調,實施更多實招硬招。不僅鍛長板,也需補短板,將關聯度高、協同性強的各類企業及行業協會等社會組織納入產業鏈,充分運用好企業、資本、科研機構、領軍人才、服務資源構建全產業鏈、全生命周期服務體系,打造產業集群、推動產業升級,鼓勵“鏈主”企業主動參與產業基礎再造工程,啟動投資規模較大、投入產出比高的引擎性項目,形成全產業鏈融合發展新模式。在此過程中,人才支撐是重中之重。四川在繼續大力發展教育的同時,應促進產學研深度合作,推進產教融合人才培養。針對動力電池和新能源汽車等產業需求,加快應用型人才培養體系構建,提升人才職業素養與實踐能力,促進產教融合進入良性循環。要強化市場主體地位,重點破解人才培養瓶頸,使產教融合真正滲透到人才發展的全周期,努力培養出適應產業發展之需的高素質復合型應用型人才。下一步還要協同推進數字化轉型與綠色化升級,培育和引進更多企業。以四川宜賓為例,該市在持續推動產業轉型升級、綠色發展的基礎上,目前正加快發展“一藍一綠”產業。其中,“藍”是數字經濟新藍海,即圍繞超高清視頻、汽車電子、虛擬現實等細分領域,推動智能終端產業向數字經濟領域延伸發展,實現由低端密集型向中高端附加型升級演變,促進產業提質增效;“綠”是綠色新能源產業,即依托動力電池核心產業及向家壩電站綠電資源,推進動力電池產業鏈發展,向上游光伏等清潔能源生產存儲和下游新能源汽車、充換電設備等新能源應用終端多元化發展。這樣的區域探索與實踐,有望吸引越來越多的企業和人才。看好四川發展潛力的歐陽明高院士,在宜賓設立了院士工作站,在他看來,這里不僅將成為全球動力電池生產制造中心,也會是動力電池研發、人才聚集的高地。他相信新興產業會帶動四川經濟轉型,動力電池和新能源產業將超越白酒成為宜賓第一大產業。筆者也樂見其團隊攻克動力電池當前瓶頸,從技術和材料等層面研發出全新的電池。這片熱土,正在創造未來。(作者系國研新經濟研究院創始院長、新經濟智庫首席研究員)

    作者:朱克力 詳情

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    磷酸鐵鋰電池市占率連續四個月增長

    今年前三季度,國內磷酸鐵鋰電池市占率逾60%,較三元電池高20個百分點。磷酸鐵鋰電池在國內市場持續擴大對三元電池的領先優勢。10月9日,中國汽車動力電池產業創新聯盟發布數據稱,今年9月,國內動力電池裝車量31.6 GWh,同比增長101.6%,連續兩個月實現增長。其中,磷酸鐵鋰9月電池裝車量20.4 GWh,占國內總裝車量的64.5%,連續四個月實現正增長;三元電池裝車量11.2 GWh,占總裝車量的35.4%。磷酸鐵鋰和三元電池是國內動力電池兩大主流技術路線。今年4月,國內磷酸鐵鋰電池的市占率達67%,創歷史新高。5月市占率降至55.1%,6月市占率又開始逐步上升,到8月再次超過60%。今年前三季度,國內動力電池裝車量共計193.7 GWh,相較去年同期呈翻倍式增長。其中,磷酸鐵鋰裝機量達116.3 GWh,市占率逾六成,較三元電池高出20個百分點,延續了去年的領先優勢。2018-2020年,國內磷酸鐵鋰電池的裝車量均低于三元電池。2021年,磷酸鐵鋰電池實現逆襲,全年市場占有率達到51%,超過三元電池。相比三元電池,磷酸鐵鋰無需使用鎳、鈷等昂貴資源,在安全性和成本方面更有優勢。借助寧德時代(300750.SZ)的CTP技術、比亞迪(002594.SZ)刀片電池等創新,磷酸鐵鋰電池續航能力相對較差的劣勢被彌補,使得其逐漸獲得了更多新能源車企的青睞。今年前三季度,寧德時代和比亞迪穩居國內動力電池裝車量前兩位,市占率合計接近七成。中創新航(03931.HK)和國軒高科(002074.SZ)位居第三和第四位,市場份額分別為6.8%和4.8%。欣旺達(300207.SZ)、LG新能源、蜂巢能源、億緯鋰能(300014.SZ)、孚能科技(688567.SZ)和瑞浦蘭鈞分列第五至第十位,不過上述六家企業的市場份額均未超過3%。

    作者: 記者 王月倫 詳情
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    汲取鐵礦石教訓 掌握鋰資源定價權

    最近一段時間,汽車界的神經都被鋰資源所牽動。廣汽董事長曾慶洪戲言是給寧德時代打工;寧德時代董事長曾毓群亦大倒苦水:“上游材料漲價,導致成本增長。”漲價最典型的原材料莫過于碳酸鋰,在短短3年內幾乎翻了10倍,從不到5萬元/噸漲至超過50萬元/噸。為什么碳酸鋰的價格上漲會如此離譜?筆者在走訪中了解到,國內企業和機構對碳酸鋰的定價權掌控偏弱是重要原因之一。當碳酸鋰的價格被瘋狂炒作起來的時候,國內企業往往只能被動接受,沒有團結起來運用自身強大的市場和生產能力影響碳酸鋰的價格走勢,在一定程度上被外國資本“薅羊毛”。筆者認為,我國應汲取當年鐵礦石的教訓,盡快掌握鋰資源定價權。在與國外進行的鐵礦石博弈中,我國曾面對極其被動的局面。有鋼鐵行業的人士告訴筆者,當時澳大利亞多次提價嚴重損害了國內鋼鐵企業的利益,有關部門想采取組團方式與國外鐵礦巨頭談判。然而,個別鋼鐵企業出于自身利益考慮,私下與外國巨頭簽訂協議,組團談判沒能獲得太大成果。另外,全球礦業巨頭力拓駐上海前首席代表被捕之后,在其電腦里發現了數十家中方鋼鐵企業的采購計劃、庫存周期、生產安排……甚至包括中方談判組的內部會議紀要等絕密文件。底牌被對方盡數掌握,中方的組團談判自然不可能有好結果。近年來,我國加大了鐵礦石的開發力度,從蒙古、俄羅斯、非洲等地加大進口量,逐步減少了對澳大利亞、巴西鐵礦石的依賴,被動局面有所改善,一定程度上增強了對力拓、淡水河谷等礦石巨頭的話語權。鐵礦石是大宗商品,價格機制已經建立了較長時間,這與鋰資源略有不同。碳酸鋰既可以來源于鋰輝石,也可以從鹽湖提鋰中獲取。盡管鋰資源不是大宗商品,但和鐵礦石一樣都是重要的原材料,有很多可以參考鐵礦石的地方。澳大利亞是我國鋰輝石的重要來源地,占我國每年進口量的50%以上。南美洲擁有全球最豐富的鋰資源,也是我國另一個重要的鋰鹽進口地。近年來,澳大利亞鋰礦商Pilbara利用拍賣的方式多次刷新鋰精礦的交易價格,這與鐵礦石當年的漲價有異曲同工之處。國外巨頭都是利用對礦石的壟斷地位牢牢把握定價權,從而影響全球市場的價格走勢。為了擺脫被動局面,國內企業開始“走出去”尋找鋰礦資源,但鋰加工企業與鋼鐵企業相比,體量上差別很大。比如,天齊鋰業是我國較早在海外尋找鋰資源的企業,收購澳大利亞Greenbushes礦山的時候,其年營收只有4億元,整個集團的資產不過幾十億元,雖硬生生地上演了一出“蛇吞象”的并購,但也令其背上了沉重的負債。此后,天齊鋰業并沒有停止尋找鋰資源的步伐,大量收購智利SQM公司的股份,成為后者的第二大股東,總體交易價達到42.66億美元,為此天齊鋰業背上了35億美元的巨債,每年利息就超過15億元。這樣的負債額,顯然不是天齊鋰業這種體量的公司能夠承擔的。當天齊鋰業陷入困境時,同內同行沒有伸出援手,投資機構也沒有提供幫助,只能被迫向澳大利亞礦商IGO出售資產。隨著我國新能源汽車產銷量的快速增長,鋰資源價格大幅上漲,越來越多的企業前往海外尋找鋰資源,也曾出現過國內企業競相加價搶奪鋰礦的場面。面對國內企業的相互抬價,海外機構坐收漁翁之利。多位專家告訴筆者,在中國企業去海外尋找鋰資源的過程中,澳大利亞是主要目的地,但是在澳大利亞購買的鋰礦產權大多數是參股,而非控股,并且參股的份額也不高,不具有對澳大利亞鋰資源的決策權,這種參股還有可能被別人踢出來。盡管參股份額較小,但部分企業憑借股東身份獲得了股東包銷價,這是一個不小的進步。然而,我國企業與澳大利亞礦業巨頭簽訂的包銷權合同約定的時間比較短,大多數在2025年到期。從近期澳大利亞新增鋰礦產能包銷權的情況來看,全部流向韓美日歐企業,我國企業則不太樂觀,沒有一家獲得新的包銷合同。沒有礦產資源在手,何來定價權呢?單純依靠企業尋找海外鋰資源,它們普遍存在抗風險能力較差的短板。有專家建議,由相關部門出面組織大型機構在海外尋找鋰資源,或許是一種可行的辦法,參股企業可按照出資額獲取鋰輝石或者鋰鹽。也有專家建議,可加強國內動力電池回收的力度,從而保障鋰金屬的循環利用,降低鋰資源進口的依賴度,對爭奪定價權有較強的輔助作用。一位在澳洲經營鋰礦的海外華人則認為,由于鋰資源緊俏,新增的鋰礦陸續投入建設,新鋰礦從手續批復到最后產出資源,大約需要7年時間。目前資源的緊張局面是由于電動汽車產銷增長太快、鋰礦建設速度跟不上需求造成的。當新的鋰礦投產后,碳酸鋰的價格將會下降,屆時國內企業爭奪定價權或許更有利。這位華人給筆者舉了一個例子,金屬鈷也是生產電池的重要原材料,目前的價格與最高價相比,幾乎腰斬,新增產能投產是導致鈷金屬價格下降的重要原因。發展新能源汽車已經成為我國乃至全球汽車產業的方向,因此爭奪鋰資源定價權必須從長計議。

    作者: 萬仁美 詳情
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    “三明治式”固態鋰電池三分鐘充滿電,商業化還要多久?

    固態電池技術迎來了突破。近日,美國哈佛大學研究團隊開發了一種新的固態電池,該電池能夠循環10000次,有望實現3分鐘內完全充電,并且可持續使用20年。這款固態電池使用的是純金屬形式的鋰,使用固體電極和固體電解質,而不是鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質。在實驗室中,電池原型能夠成功完成 5000至10000次充電循環。哈佛大學研究團隊對于固態鋰金屬電池的研究可追溯至去年5月,但彼時的技術停留在“10~20分鐘內完全充電,10~15年的電池使用壽命”層面上。這款電池的設計靈感來自于英式經典三明治。如果將電池想象成三明治,首先一層是面包(鋰金屬陽極),然后是生菜(石墨涂層),接下來是一層西紅柿(第一種電解質)和一層培根(第二種電解質),最后是另一層西紅柿和最后一塊面包(陰極)。研究團隊認為,通常其他固態設計中的鋰金屬陽極會發展出樹突狀的生長,可以逐漸通過電解質滲透到陰極,進而導致鋰離子電池短路。也就是說,鋰離子電池在使用過程中產生的樹突或枝晶是電池著火的根本原因。而三明治的多層結構可防止枝晶結構生成,在這種設計中,樹突在“生菜”和“番茄”中生長,但在“培根”處停止。“培根”屏障阻止枝晶穿過使電池短路,從而防止了故障產生。“我們著手將這項技術商業化,我們的技術與其他固態電池相比是獨一無二的。在實驗室中,我們已經在電池的使用壽命內實現了5000到10000次充電循環,而現在即使是同類產品中最好的電池也需要2000到3000次充電循環,而且我們認為擴大電池技術沒有任何基本限制,這可能會改變游戲規則。”哈佛大學約翰 A. 保爾森工程與應用科學學院材料科學副教授Xin Li表示。目前,研究團隊成立的初創公司 Adden Energy宣布已獲得哈佛大學技術發展辦公室授予的獨家技術許可,用于推進該技術的商業化,其目標是將電池縮小為手掌大小的“軟包電池”,其組件封裝在鋁涂層薄膜中。不過,Xin Li去年在接受媒體采訪時表示,這項技術的商業化還需要數年時間,同時還面臨著許多挑戰。固態電池是指采用固態電解質的鋰離子電池,其具備更高的安全性和能量密度,被認為是下一代電動車動力電池的技術方向。現階段,固態電池在技術指標上領先于三元鋰電池。從當前產業布局來看,豐田、寶馬、大眾、現代等多家國際車企均在固態電池領域進行布局,并加大在固態電池領域的投資。此外,車企和電池制造商紛紛攜手攻堅克難,豐田正與松下公司合作,大眾則投資了美國電池初創企業QuantumScape,福特、寶馬投資了Solid Power。Solid Power的全固態電池理論上可使續航距離最高達到鋰電池的2倍,寶馬計劃于2025年之前開始對配備全固態電池的車輛進行路測,2030年之前上市。奔馳繼與Hydro Quebec合作之后,現在還與Factorial Energy共同研發固態電池。不過,目前還未看到量產固態電池搭載在汽車上。早在2011年,豐田就表示將在2015年至2020年推出固態電池,其認為固態電池將完全彌補新能源汽車的續航里程難題,同時還能大力推動新能源汽車普及速度。然而,時至今日,固態電池依舊未能得以正式應用,豐田預計2025年才將實現大規模量產應用,LG新能源則預計2026年實現全固態電池量產。“對于全固態電池,目前仍存在一些技術難點。”高能時代CEO董思曉在接受第一財經記者采訪時表示,一是電解質的批量化、低成本化、穩定化合成問題一直未能有效解決,二是固固界面問題導致的內阻大的問題未得到解決,三是相應的設備、工藝尚未定型。其中,固固界面的問題分為物理層面和化學層面,在物理層面,粉體顆粒在電池充放電循環中會發生體積變大或變小,由于不含有液體,因此顆粒與顆粒之間、層與層之間容易產生縫隙,帶來接觸不良,影響離子和電子的傳輸,電池內阻就會增加,在充放電過程中就會發生極化問題,導致倍率性能下降。在化學層面,如果硫化物電解質材料選型不好,硫化物電解質容易與正負極材料、導電劑、粘接劑材料發生化學反應,因此在電化學環境下,就會在界面上產生鋰離子電導率比較低的反應產物,導致電池內阻增大,電池倍率性能降低。業內有一種說法是全固態電池的成本比當前的鋰電池高4倍以上。伊維經濟研究院研究部總經理、中國電池產業研究院院長吳輝認為,因為沒有量產,所以沒法去比較成本,但是現在這些半固態電池的成本都在1元/WH以上,而液態鋰電池電芯的成本大約現在0.7~0.8元/WH(以三元為主)。全固態電池量產時間可能在2030年左右。中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高此前談到,材料這種事,要厚積薄發,固態電池真正投入大規模商業應用大概的時間是在2025~2030年之間。

    作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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    全球首創鋰金屬電池自動化產線落地安徽

    9月19日,在2022全國雙創周“鋰金屬電池創新技術論壇”的活動現場,盟維科技位于合肥經開區的鋰金屬電池自動化制造線及z21創新實驗室正式啟用。這是中國乃至全球首創的自動化鋰金屬電池制造專用產線,也是以盟維科技為代表的,我國自主研發新一代動力電池技術企業在規模化量產的又一重大進展。成立于2018年的盟維科技,作為中國新一代高能量密度電池的創新代表,以電動航空實際應用需求為起點,從材料、工藝、結構等多維度持續創新,研發了以金屬鋰為負極的高能量密度電池,成為全球首個突破鋰金屬電池技術瓶頸,批量交付500 Wh/kg高能量密度、高安全性新體系動力電池的研發與制造硬科技企業。在活動現場,清華大學張躍鋼教授發表了題為《高能量密度電池技術前沿》的主題演講,介紹了高能量密度電池在全球視野下的發展創新趨勢和技術創新特點。張教授表示,隨著全球能源轉型升級,“續航焦慮”問題不斷推動行業技術邊界,要求電池能量密度不斷攀升。鋰是自然界最輕質的金屬元素,提升鋰電池的能量密度,負極技術路線會經歷從石墨到硅碳再到金屬鋰的發展趨勢,鋰金屬電池可以說是高能量密度電池的終極目標。鋰金屬電池采用純金屬鋰作為負極,具有超高的理論比容量和極低的電勢,這使鋰金屬電池有望將電動汽車的續航里程提升一倍以上,是當前電池行業創新突破性技術的重要發展方向。他提到,金屬鋰的活性極強,作為電池負極在安全性上存在極高的技術挑戰,這也是為什么在相當長的一段時間,全球在鋰金屬電池技術的研發都停留在實驗室階段(TRL3)。本次盟維科技鋰金屬電池自動化制造線的全面啟用,說明我國在500 Wh/kg高端能量型動力電池產品的批量交付能力已居于全球領先位置,實現了鋰金屬電池從實驗室階段(TRL3)到產品批量交付階段(TRL6-8)的突破。盟維科技聯合創始人兼CEO周莉莎女士發表了題為《鋰金屬電池產業化現狀及發展趨勢》的主題演講。她介紹到,隨著電動航空實用化進程的逐步成熟,對動力電池的裝載重量、安全性能等都會提出更高的要求。盟維科技從基礎材料、電芯工藝、制造設備、結構設計四大關鍵環節對鋰金屬電池進行持續系統性創新研究,完成了鋰負極保護、阻燃電解液、隔膜修飾等一系列關鍵技術的創新突破,有效抑制了負極鋰枝晶的生長、大幅提高了金屬鋰負極的穩定性。針對不同應用場景的工況需求,盟維科技采用功能化電解液有效解決體系的關鍵安全問題,充分的驗證其極限能量密度,設計開發了包括Metary??E、P等能量型、功率型鋰金屬電池產品。今年6月,批量交付的Metary??Exx 產品適用于新一代電動航空飛行器,為用戶提供更持久、更強大的動力解決方案。未來,隨著鋰金屬電池在航空應用中的逐步成熟,通航及新能源汽車電池技術指標的要求就會更加相似和同質化,鋰金屬電池對于新能源汽車產業的推動也非常值得期待。“從0到1”的原始創新是盟維科技自創立以來一直秉持的理念。周莉莎女士表示,要實現原始創新,除了專業人才的引進與培養,還需要完備的研發平臺來支撐。本次與產線同步啟動的z21創新實驗室(z21-Lab)集研發與測試功能于一體,擁有電芯試制平臺、測試分析平臺,和安全測試平臺,是具備材料制備、材料表征、器件測試三大功能的技術儲備與開發創新實驗室。周莉莎女士表示,得益于國家政策的支持和國內完善的新能源產業鏈配套,盟維科技得以如此迅速地完成從科研技術儲備到產業化發展的轉變。本次全球首創鋰金屬電池自動化制造線的全面投產和z21創新實驗室的創立只是產業穩健發展的第一步。作為中國新一代動力電池的中堅力量,盟維科技將與生態鏈伙伴一起,推動產業升級和高質量發展,為新能源動力電池下游應用場景帶來更多可能性。

    作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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    連續三個月增長,國內磷酸鐵鋰電池市占率再次超60%

    在國內新能源汽車領域,磷酸鐵鋰電池延續對三元電池的碾壓。9月9日,中國汽車動力電池產業創新聯盟(下稱動力電池聯盟)發布數據稱,今年8月,國內動力電池裝車量27.8 GWh,同比增長121%,再創歷史新高。其中,磷酸鐵鋰電池裝車量17.2 GWh,占總裝車量62%,市占率連續三個月環比正增長;三元電池裝車量10.5 GWh,占總裝車量38%。今年4月,國內磷酸鐵鋰電池的市占率達67%,創歷史新高。5月市占率降至55.1%;6月開始升至57%;7月升至59.3%。磷酸鐵鋰和三元電池是國內動力電池兩大主流技術路線。兩者的主要區別在于使用的的正極材料不同。2018-2020年,國內磷酸鐵鋰電池的裝車量均低于三元電池。2021年,磷酸鐵鋰電池實現逆襲,全年市場占有率達到51%,超過三元電池。相比三元電池,磷酸鐵鋰無需使用鎳、鈷等昂貴資源,在安全性和成本方面更有優勢。借助寧德時代(300750.SZ)的CTP技術、比亞迪(002594.SZ)刀片電池等創新,磷酸鐵鋰電池續航能力相對較差的劣勢被彌補,使得其逐漸獲得了更多新能源車企的青睞。今年以來,磷酸鐵鋰電池的單月裝車量均超過三元電池。今年前8個月,磷酸鐵鋰電池市占率超過59%,較三元電池高出18個百分點。動力電池聯盟同期公布的8月國內動力電池企業裝車量排名顯示,寧德時代、比亞迪繼續位列前兩位。其中,寧德時代市占率接近47%,比亞迪則為22%左右,兩者均較上個月略有下滑。中創新航在8月位列行業第三,市場份額為5.6%。今年前八個月,中創新航僅在6月跌出國內前三位。LG新能源在6月頂替了中創新航,排名第三位。排名第四至第七位的企業,分別為國軒高科(002074.SZ)、欣旺達(300207.SZ)、蜂巢能源和億緯鋰能(300014.SZ),它們的排名與上個月一致,市場份額均未超過5%。孚能科技(688567.SZ)、瑞浦蘭鈞和捷威動力位列第八至第十位。其中,捷威動力在8月頂替正立新能(原名塔菲爾新能源)上榜。

    作者: 莊鍵 詳情
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    電池江湖的絕世花名

    霸主寧王的一舉一動,依然左右著電池產業的江湖風云。趕著中秋節前,寧德時代通過澎湃新聞,宣布第三代CTP——麒麟電池將在今年年底就實現量產出貨,而不是此前一度宣布的2023年。首批量產電池將于明年第一季度裝載于吉利汽車旗下的純電豪華MPV極氪009系列上市。這款麒麟電池,是寧王當前最前端的拳頭產品。據寧德時代介紹,其系統集成度為全球最高,體積利用率突破了72%,可將磷酸鐵鋰電池系統能量密度提升至160Wh/kg,而配用三元電池能量密度則可達255Wh/kg,支持5分鐘快速熱啟動及10分鐘快充。關鍵一句話,搭載麒麟電池的車型續航里程可超過1000km。除極氪009車型外,首批嘗鮮1000公里麒麟的,還包括賽力斯汽車旗下的問界系列車型。此外,今年6月麒麟電池首發時,理想、哪吒、路特斯、睿藍等車企的老總和官微,也都在第一時間公開示好,表達了“共赴山海”的態度。麒麟是上古神獸,古人認為它的出現有天降祥瑞的征兆。這當然是個意頭十足的好名字,華為自主研發的芯片,就叫做麒麟芯片。不過,在電池圈,率先震撼業界,為拳頭產品起上花名的公司,卻是比亞迪。2020年3月,比亞迪發布新款電池產品——刀片電池,一改過往各大廠商以數字字母組合命名產品的傳統,拉開了電池江湖花名競賽的大幕。刀片電池,聽上去冷峻鋒利,古龍小說里有俠客身懷絕技,便叫做“迎風一刀斬”,刀法看似平平無奇,但疾如閃電見血封喉。比亞迪刀片電池可能沒想過武俠之事,主要是它的長條形電芯在物理形態上長得像刀片,屬于方形電芯的一類。刀片電池既提升了能量密度也延續了磷酸鐵鋰電池的安全優勢,官方續航里程超過600公里,推出時曾一時風頭無兩。有長刀便有短刀。長城汽車孵化下的蜂巢能源,它便把拳頭系列叫做短刀電池。據傳原本蜂巢也打算叫刀片電池的,只是不曾想被比亞迪搶了先機。短刀電池,顧名思義,就是更短,還是俠客路線。在比亞迪刀片電池專利中,明確規定了刀片電池的尺寸范圍在600mm-2500mm之間。而蜂巢短刀電池中最長的L600,其實際長度只有574mm,還不到600mm,精準規避了比亞迪刀片電池專利的打擊范圍。近日蜂巢能源董事長楊紅新透露,第二代短刀電池將于今年量產,集度汽車、小鵬汽車、歐拉閃電貓、自游家汽車、光束汽車等品牌都將使用蜂巢的短刀電池。若果如是,這對之前九成銷量依賴長城老東家的蜂巢來說,無疑是一次朋友圈開疆拓土的大攻略。蜂巢短刀電池從物理形態上著手的,還有廣汽埃安的彈匣電池,它由中創新航提供。彈匣電池不走俠客風,屬于街頭西裝暴徒或者狙擊手格調的工業美學。所謂的彈匣電池其實就是因為這個電池技術采用了類似子彈匣的結構,將電池放入一個彈匣外殼中封裝起來。廣汽稱其整個電芯隔熱艙采用航天納米技術,可承受1400℃高溫。大概是苦寧王久矣,作為整機廠,廣汽近來對以寧王為首的供應鏈炮火連天。廣汽集團董事長曾慶洪今年七月公開抱怨:“動力電池成本占到新能源汽車40%-50%,甚至60%,我現在不是在給寧德時代打工嗎?”于是不甘打工的廣汽打算自建電池廠。8月下旬,廣汽在一次董事會上通過了《關于設立綠擎電池公司的議案》。同意設立電池公司開展自主電池產業化建設,項目總投資109億元,預計至2025年建成26.8GWh產線。這可能并不意味著廣汽要完全自己生產電池,但至少是一種議價保底策略。回到花名。除了刀片、彈匣與短刀這些硬漢風,也有果凍電池這種粉紅系名字。果凍和短刀同屬蜂巢,它的由來是因為采用半固態電解質,形似果凍,具有高電導、自愈合、阻燃等特點。形象派的,還有江淮的蜂窩電池。它因采用蜂巢結構的仿生設計而得名——其實叫蜂巢更好,但奈何蜂巢能源本身就在那兒。蜂窩電池采用六邊形結構,并在電芯之間注滿導熱膠,通過外延包覆的UE技術,對圓柱電芯實現單元化封裝。有了形象派,自然有寫意派的,像東風旗下的嵐圖汽車,相繼推出琥珀和云母,上汽則鼓搗出了魔方電池。此話,還有神話派的,比如長城的大禹,哪吒的天工。其實自比亞迪刀片電池橫空出世之后,除電池友商外,車企也爭相跟進為自己的電池系統命名,這樣的做法顯然是讓品牌營銷更具親和力。電池作為核心部件,可大多數的電動汽車消費者,有多少能搞清那些頭暈腦脹的數字字母排列?此外,花名的誕生,很多時候也是為針對性解決某些特定痛點而來。像嵐圖汽車的琥珀和云母,便是從功能著手。所謂琥珀,是由樹脂包裹一些小昆蟲,經地下掩埋千萬年的生物化石,瑰麗異常,稱得上是絕世珍寶。琥珀電池便取其形意,它由三星提供電芯,在電芯的縫隙中均勻填充復合材料,復合材料由有機硅聚合物、低密度隔熱材料、阻燃劑組成,將每個電芯包裹其中。而云母電池,由比亞迪旗下的弗迪提供電芯,在電芯與電芯之間,填充層狀云母和氣凝膠,在模組頂部也有云母片,本質也是防止熱的擴散。強調安全功能的還有長城的大禹電池。大禹長什么樣大家誰也說不準,但是大禹治水呀。大禹電池貫穿始終的便是變堵為疏,其思路是在電芯發生熱失控后,將產生的高溫高壓氣體排出電池包。通過電芯層面的熱阻隔,模組層面增加定向排爆出口,以及電池包內部設計換流和滅火通道,最大程度保障電池系統安全。哪吒的天工電池,名字上很好理解。哪吒汽車總裁助理張洪雷介紹過天工電池這個名字的由來:它取自“物自天生,工開于人”,哪吒汽車希望借天工將構思表現在電池上,以此守護電池安全標準。而上汽的魔方電池,除了安全功能之外,魔方的含義是還能讓空間重新配置。不同于傳統電池包立式電芯,這款電池包最大的特點是電芯是躺著放的。它最明顯的好處是,電池包豎向高度明顯下降,可以為乘客釋放出更多的車內空間。其實,歸根結底,市場考量一款電池的優劣,電池最終還是要回到安全、續航、成本與全周期壽命等關鍵要素上去。根據國家應急管理部消防救援局給出的數據顯示,2022年第一季度,國內接報的新能源汽車火災共計有640起,平均下來相當于每天有七輛。作為新事物,這依然是勸阻消費者的重要原因。而且,在另一個賽道,這些電芯,已有不少進入儲能市場,一旦起火,將導致項目的長時間延宕與關停,這也不得不讓業主的選擇更為謹慎。一般而言,在實際使用中,官方續航里程和全周期壽命往往至少要打個八折。而成本短時間內又難以打下來,這是行業共同面臨的問題。像本文開頭提到的采用麒麟電池的極氪汽車,由于電芯正極高鎳配方材料,以及電池包結構中大量水冷板的使用,據傳至少要賣40萬以上,這對它們的市場推廣,無疑難度極大。廣汽董事長曾慶洪抱怨車企是給寧德時代打工,但就這一年來說,電池廠商又何嘗不是給更上游的鋰礦巨頭做嫁衣呢?根據剛剛過去的各大公司半年報,鋰礦巨頭天齊鋰業2022年上半年,其營收為142.96億元,同比增長508.05%;凈利潤為103.28億元,同比增長119倍。寧德時代營收是天齊鋰業的八倍,達到1129.71億元,凈利潤卻比天齊鋰業還要少20多億,只有81.68億元。在電池這樣一個長坡厚雪的賽道中,真正的技術突破可能會讓現有的市場格局瞬間乾坤位移。花名也好,打工也罷,一切也才剛剛開始。

    作者: 苗藩 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。看似已步入垂垂暮年的鉛酸電池,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。“相對于常規的典型正極鉛膏工藝,一步法的一致性更好,成本能夠降低1000元/噸。”郭志剛介紹說。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薄(約1mm,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常“柔軟”,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。基于這些突破性的設計,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。基于這樣的優異性能,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。”張正東說。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。”目前,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。

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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。“沈某等人污染環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。”觀摩案件庭審后,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。”辦案團隊負責人、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。“現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。

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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模化應用還有待時日。現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模化發展,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模可能達到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,輕度混合動力和啟停混合動力汽車將成為高級鉛酸電池的增長領域。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。·用戶側儲能和其他對安全至關重要的應用。·電信行業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。回收、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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    磷酸鐵鋰電池市占率連續四個月增長

    今年前三季度,國內磷酸鐵鋰電池市占率逾60%,較三元電池高20個百分點。磷酸鐵鋰電池在國內市場持續擴大對三元電池的領先優勢。10月9日,中國汽車動力電池產業創新聯盟發布數據稱,今年9月,國內動力電池裝車量31.6 GWh,同比增長101.6%,連續兩個月實現增長。其中,磷酸鐵鋰9月電池裝車量20.4 GWh,占國內總裝車量的64.5%,連續四個月實現正增長;三元電池裝車量11.2 GWh,占總裝車量的35.4%。磷酸鐵鋰和三元電池是國內動力電池兩大主流技術路線。今年4月,國內磷酸鐵鋰電池的市占率達67%,創歷史新高。5月市占率降至55.1%,6月市占率又開始逐步上升,到8月再次超過60%。今年前三季度,國內動力電池裝車量共計193.7 GWh,相較去年同期呈翻倍式增長。其中,磷酸鐵鋰裝機量達116.3 GWh,市占率逾六成,較三元電池高出20個百分點,延續了去年的領先優勢。2018-2020年,國內磷酸鐵鋰電池的裝車量均低于三元電池。2021年,磷酸鐵鋰電池實現逆襲,全年市場占有率達到51%,超過三元電池。相比三元電池,磷酸鐵鋰無需使用鎳、鈷等昂貴資源,在安全性和成本方面更有優勢。借助寧德時代(300750.SZ)的CTP技術、比亞迪(002594.SZ)刀片電池等創新,磷酸鐵鋰電池續航能力相對較差的劣勢被彌補,使得其逐漸獲得了更多新能源車企的青睞。今年前三季度,寧德時代和比亞迪穩居國內動力電池裝車量前兩位,市占率合計接近七成。中創新航(03931.HK)和國軒高科(002074.SZ)位居第三和第四位,市場份額分別為6.8%和4.8%。欣旺達(300207.SZ)、LG新能源、蜂巢能源、億緯鋰能(300014.SZ)、孚能科技(688567.SZ)和瑞浦蘭鈞分列第五至第十位,不過上述六家企業的市場份額均未超過3%。

    作者: 記者 王月倫 詳情
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    汲取鐵礦石教訓 掌握鋰資源定價權

    最近一段時間,汽車界的神經都被鋰資源所牽動。廣汽董事長曾慶洪戲言是給寧德時代打工;寧德時代董事長曾毓群亦大倒苦水:“上游材料漲價,導致成本增長。”漲價最典型的原材料莫過于碳酸鋰,在短短3年內幾乎翻了10倍,從不到5萬元/噸漲至超過50萬元/噸。為什么碳酸鋰的價格上漲會如此離譜?筆者在走訪中了解到,國內企業和機構對碳酸鋰的定價權掌控偏弱是重要原因之一。當碳酸鋰的價格被瘋狂炒作起來的時候,國內企業往往只能被動接受,沒有團結起來運用自身強大的市場和生產能力影響碳酸鋰的價格走勢,在一定程度上被外國資本“薅羊毛”。筆者認為,我國應汲取當年鐵礦石的教訓,盡快掌握鋰資源定價權。在與國外進行的鐵礦石博弈中,我國曾面對極其被動的局面。有鋼鐵行業的人士告訴筆者,當時澳大利亞多次提價嚴重損害了國內鋼鐵企業的利益,有關部門想采取組團方式與國外鐵礦巨頭談判。然而,個別鋼鐵企業出于自身利益考慮,私下與外國巨頭簽訂協議,組團談判沒能獲得太大成果。另外,全球礦業巨頭力拓駐上海前首席代表被捕之后,在其電腦里發現了數十家中方鋼鐵企業的采購計劃、庫存周期、生產安排……甚至包括中方談判組的內部會議紀要等絕密文件。底牌被對方盡數掌握,中方的組團談判自然不可能有好結果。近年來,我國加大了鐵礦石的開發力度,從蒙古、俄羅斯、非洲等地加大進口量,逐步減少了對澳大利亞、巴西鐵礦石的依賴,被動局面有所改善,一定程度上增強了對力拓、淡水河谷等礦石巨頭的話語權。鐵礦石是大宗商品,價格機制已經建立了較長時間,這與鋰資源略有不同。碳酸鋰既可以來源于鋰輝石,也可以從鹽湖提鋰中獲取。盡管鋰資源不是大宗商品,但和鐵礦石一樣都是重要的原材料,有很多可以參考鐵礦石的地方。澳大利亞是我國鋰輝石的重要來源地,占我國每年進口量的50%以上。南美洲擁有全球最豐富的鋰資源,也是我國另一個重要的鋰鹽進口地。近年來,澳大利亞鋰礦商Pilbara利用拍賣的方式多次刷新鋰精礦的交易價格,這與鐵礦石當年的漲價有異曲同工之處。國外巨頭都是利用對礦石的壟斷地位牢牢把握定價權,從而影響全球市場的價格走勢。為了擺脫被動局面,國內企業開始“走出去”尋找鋰礦資源,但鋰加工企業與鋼鐵企業相比,體量上差別很大。比如,天齊鋰業是我國較早在海外尋找鋰資源的企業,收購澳大利亞Greenbushes礦山的時候,其年營收只有4億元,整個集團的資產不過幾十億元,雖硬生生地上演了一出“蛇吞象”的并購,但也令其背上了沉重的負債。此后,天齊鋰業并沒有停止尋找鋰資源的步伐,大量收購智利SQM公司的股份,成為后者的第二大股東,總體交易價達到42.66億美元,為此天齊鋰業背上了35億美元的巨債,每年利息就超過15億元。這樣的負債額,顯然不是天齊鋰業這種體量的公司能夠承擔的。當天齊鋰業陷入困境時,同內同行沒有伸出援手,投資機構也沒有提供幫助,只能被迫向澳大利亞礦商IGO出售資產。隨著我國新能源汽車產銷量的快速增長,鋰資源價格大幅上漲,越來越多的企業前往海外尋找鋰資源,也曾出現過國內企業競相加價搶奪鋰礦的場面。面對國內企業的相互抬價,海外機構坐收漁翁之利。多位專家告訴筆者,在中國企業去海外尋找鋰資源的過程中,澳大利亞是主要目的地,但是在澳大利亞購買的鋰礦產權大多數是參股,而非控股,并且參股的份額也不高,不具有對澳大利亞鋰資源的決策權,這種參股還有可能被別人踢出來。盡管參股份額較小,但部分企業憑借股東身份獲得了股東包銷價,這是一個不小的進步。然而,我國企業與澳大利亞礦業巨頭簽訂的包銷權合同約定的時間比較短,大多數在2025年到期。從近期澳大利亞新增鋰礦產能包銷權的情況來看,全部流向韓美日歐企業,我國企業則不太樂觀,沒有一家獲得新的包銷合同。沒有礦產資源在手,何來定價權呢?單純依靠企業尋找海外鋰資源,它們普遍存在抗風險能力較差的短板。有專家建議,由相關部門出面組織大型機構在海外尋找鋰資源,或許是一種可行的辦法,參股企業可按照出資額獲取鋰輝石或者鋰鹽。也有專家建議,可加強國內動力電池回收的力度,從而保障鋰金屬的循環利用,降低鋰資源進口的依賴度,對爭奪定價權有較強的輔助作用。一位在澳洲經營鋰礦的海外華人則認為,由于鋰資源緊俏,新增的鋰礦陸續投入建設,新鋰礦從手續批復到最后產出資源,大約需要7年時間。目前資源的緊張局面是由于電動汽車產銷增長太快、鋰礦建設速度跟不上需求造成的。當新的鋰礦投產后,碳酸鋰的價格將會下降,屆時國內企業爭奪定價權或許更有利。這位華人給筆者舉了一個例子,金屬鈷也是生產電池的重要原材料,目前的價格與最高價相比,幾乎腰斬,新增產能投產是導致鈷金屬價格下降的重要原因。發展新能源汽車已經成為我國乃至全球汽車產業的方向,因此爭奪鋰資源定價權必須從長計議。

    作者: 萬仁美 詳情
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    “三明治式”固態鋰電池三分鐘充滿電,商業化還要多久?

    固態電池技術迎來了突破。近日,美國哈佛大學研究團隊開發了一種新的固態電池,該電池能夠循環10000次,有望實現3分鐘內完全充電,并且可持續使用20年。這款固態電池使用的是純金屬形式的鋰,使用固體電極和固體電解質,而不是鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質。在實驗室中,電池原型能夠成功完成 5000至10000次充電循環。哈佛大學研究團隊對于固態鋰金屬電池的研究可追溯至去年5月,但彼時的技術停留在“10~20分鐘內完全充電,10~15年的電池使用壽命”層面上。這款電池的設計靈感來自于英式經典三明治。如果將電池想象成三明治,首先一層是面包(鋰金屬陽極),然后是生菜(石墨涂層),接下來是一層西紅柿(第一種電解質)和一層培根(第二種電解質),最后是另一層西紅柿和最后一塊面包(陰極)。研究團隊認為,通常其他固態設計中的鋰金屬陽極會發展出樹突狀的生長,可以逐漸通過電解質滲透到陰極,進而導致鋰離子電池短路。也就是說,鋰離子電池在使用過程中產生的樹突或枝晶是電池著火的根本原因。而三明治的多層結構可防止枝晶結構生成,在這種設計中,樹突在“生菜”和“番茄”中生長,但在“培根”處停止。“培根”屏障阻止枝晶穿過使電池短路,從而防止了故障產生。“我們著手將這項技術商業化,我們的技術與其他固態電池相比是獨一無二的。在實驗室中,我們已經在電池的使用壽命內實現了5000到10000次充電循環,而現在即使是同類產品中最好的電池也需要2000到3000次充電循環,而且我們認為擴大電池技術沒有任何基本限制,這可能會改變游戲規則。”哈佛大學約翰 A. 保爾森工程與應用科學學院材料科學副教授Xin Li表示。目前,研究團隊成立的初創公司 Adden Energy宣布已獲得哈佛大學技術發展辦公室授予的獨家技術許可,用于推進該技術的商業化,其目標是將電池縮小為手掌大小的“軟包電池”,其組件封裝在鋁涂層薄膜中。不過,Xin Li去年在接受媒體采訪時表示,這項技術的商業化還需要數年時間,同時還面臨著許多挑戰。固態電池是指采用固態電解質的鋰離子電池,其具備更高的安全性和能量密度,被認為是下一代電動車動力電池的技術方向。現階段,固態電池在技術指標上領先于三元鋰電池。從當前產業布局來看,豐田、寶馬、大眾、現代等多家國際車企均在固態電池領域進行布局,并加大在固態電池領域的投資。此外,車企和電池制造商紛紛攜手攻堅克難,豐田正與松下公司合作,大眾則投資了美國電池初創企業QuantumScape,福特、寶馬投資了Solid Power。Solid Power的全固態電池理論上可使續航距離最高達到鋰電池的2倍,寶馬計劃于2025年之前開始對配備全固態電池的車輛進行路測,2030年之前上市。奔馳繼與Hydro Quebec合作之后,現在還與Factorial Energy共同研發固態電池。不過,目前還未看到量產固態電池搭載在汽車上。早在2011年,豐田就表示將在2015年至2020年推出固態電池,其認為固態電池將完全彌補新能源汽車的續航里程難題,同時還能大力推動新能源汽車普及速度。然而,時至今日,固態電池依舊未能得以正式應用,豐田預計2025年才將實現大規模量產應用,LG新能源則預計2026年實現全固態電池量產。“對于全固態電池,目前仍存在一些技術難點。”高能時代CEO董思曉在接受第一財經記者采訪時表示,一是電解質的批量化、低成本化、穩定化合成問題一直未能有效解決,二是固固界面問題導致的內阻大的問題未得到解決,三是相應的設備、工藝尚未定型。其中,固固界面的問題分為物理層面和化學層面,在物理層面,粉體顆粒在電池充放電循環中會發生體積變大或變小,由于不含有液體,因此顆粒與顆粒之間、層與層之間容易產生縫隙,帶來接觸不良,影響離子和電子的傳輸,電池內阻就會增加,在充放電過程中就會發生極化問題,導致倍率性能下降。在化學層面,如果硫化物電解質材料選型不好,硫化物電解質容易與正負極材料、導電劑、粘接劑材料發生化學反應,因此在電化學環境下,就會在界面上產生鋰離子電導率比較低的反應產物,導致電池內阻增大,電池倍率性能降低。業內有一種說法是全固態電池的成本比當前的鋰電池高4倍以上。伊維經濟研究院研究部總經理、中國電池產業研究院院長吳輝認為,因為沒有量產,所以沒法去比較成本,但是現在這些半固態電池的成本都在1元/WH以上,而液態鋰電池電芯的成本大約現在0.7~0.8元/WH(以三元為主)。全固態電池量產時間可能在2030年左右。中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高此前談到,材料這種事,要厚積薄發,固態電池真正投入大規模商業應用大概的時間是在2025~2030年之間。

    作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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    全球首創鋰金屬電池自動化產線落地安徽

    9月19日,在2022全國雙創周“鋰金屬電池創新技術論壇”的活動現場,盟維科技位于合肥經開區的鋰金屬電池自動化制造線及z21創新實驗室正式啟用。這是中國乃至全球首創的自動化鋰金屬電池制造專用產線,也是以盟維科技為代表的,我國自主研發新一代動力電池技術企業在規模化量產的又一重大進展。成立于2018年的盟維科技,作為中國新一代高能量密度電池的創新代表,以電動航空實際應用需求為起點,從材料、工藝、結構等多維度持續創新,研發了以金屬鋰為負極的高能量密度電池,成為全球首個突破鋰金屬電池技術瓶頸,批量交付500 Wh/kg高能量密度、高安全性新體系動力電池的研發與制造硬科技企業。在活動現場,清華大學張躍鋼教授發表了題為《高能量密度電池技術前沿》的主題演講,介紹了高能量密度電池在全球視野下的發展創新趨勢和技術創新特點。張教授表示,隨著全球能源轉型升級,“續航焦慮”問題不斷推動行業技術邊界,要求電池能量密度不斷攀升。鋰是自然界最輕質的金屬元素,提升鋰電池的能量密度,負極技術路線會經歷從石墨到硅碳再到金屬鋰的發展趨勢,鋰金屬電池可以說是高能量密度電池的終極目標。鋰金屬電池采用純金屬鋰作為負極,具有超高的理論比容量和極低的電勢,這使鋰金屬電池有望將電動汽車的續航里程提升一倍以上,是當前電池行業創新突破性技術的重要發展方向。他提到,金屬鋰的活性極強,作為電池負極在安全性上存在極高的技術挑戰,這也是為什么在相當長的一段時間,全球在鋰金屬電池技術的研發都停留在實驗室階段(TRL3)。本次盟維科技鋰金屬電池自動化制造線的全面啟用,說明我國在500 Wh/kg高端能量型動力電池產品的批量交付能力已居于全球領先位置,實現了鋰金屬電池從實驗室階段(TRL3)到產品批量交付階段(TRL6-8)的突破。盟維科技聯合創始人兼CEO周莉莎女士發表了題為《鋰金屬電池產業化現狀及發展趨勢》的主題演講。她介紹到,隨著電動航空實用化進程的逐步成熟,對動力電池的裝載重量、安全性能等都會提出更高的要求。盟維科技從基礎材料、電芯工藝、制造設備、結構設計四大關鍵環節對鋰金屬電池進行持續系統性創新研究,完成了鋰負極保護、阻燃電解液、隔膜修飾等一系列關鍵技術的創新突破,有效抑制了負極鋰枝晶的生長、大幅提高了金屬鋰負極的穩定性。針對不同應用場景的工況需求,盟維科技采用功能化電解液有效解決體系的關鍵安全問題,充分的驗證其極限能量密度,設計開發了包括Metary??E、P等能量型、功率型鋰金屬電池產品。今年6月,批量交付的Metary??Exx 產品適用于新一代電動航空飛行器,為用戶提供更持久、更強大的動力解決方案。未來,隨著鋰金屬電池在航空應用中的逐步成熟,通航及新能源汽車電池技術指標的要求就會更加相似和同質化,鋰金屬電池對于新能源汽車產業的推動也非常值得期待。“從0到1”的原始創新是盟維科技自創立以來一直秉持的理念。周莉莎女士表示,要實現原始創新,除了專業人才的引進與培養,還需要完備的研發平臺來支撐。本次與產線同步啟動的z21創新實驗室(z21-Lab)集研發與測試功能于一體,擁有電芯試制平臺、測試分析平臺,和安全測試平臺,是具備材料制備、材料表征、器件測試三大功能的技術儲備與開發創新實驗室。周莉莎女士表示,得益于國家政策的支持和國內完善的新能源產業鏈配套,盟維科技得以如此迅速地完成從科研技術儲備到產業化發展的轉變。本次全球首創鋰金屬電池自動化制造線的全面投產和z21創新實驗室的創立只是產業穩健發展的第一步。作為中國新一代動力電池的中堅力量,盟維科技將與生態鏈伙伴一起,推動產業升級和高質量發展,為新能源動力電池下游應用場景帶來更多可能性。

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    連續三個月增長,國內磷酸鐵鋰電池市占率再次超60%

    在國內新能源汽車領域,磷酸鐵鋰電池延續對三元電池的碾壓。9月9日,中國汽車動力電池產業創新聯盟(下稱動力電池聯盟)發布數據稱,今年8月,國內動力電池裝車量27.8 GWh,同比增長121%,再創歷史新高。其中,磷酸鐵鋰電池裝車量17.2 GWh,占總裝車量62%,市占率連續三個月環比正增長;三元電池裝車量10.5 GWh,占總裝車量38%。今年4月,國內磷酸鐵鋰電池的市占率達67%,創歷史新高。5月市占率降至55.1%;6月開始升至57%;7月升至59.3%。磷酸鐵鋰和三元電池是國內動力電池兩大主流技術路線。兩者的主要區別在于使用的的正極材料不同。2018-2020年,國內磷酸鐵鋰電池的裝車量均低于三元電池。2021年,磷酸鐵鋰電池實現逆襲,全年市場占有率達到51%,超過三元電池。相比三元電池,磷酸鐵鋰無需使用鎳、鈷等昂貴資源,在安全性和成本方面更有優勢。借助寧德時代(300750.SZ)的CTP技術、比亞迪(002594.SZ)刀片電池等創新,磷酸鐵鋰電池續航能力相對較差的劣勢被彌補,使得其逐漸獲得了更多新能源車企的青睞。今年以來,磷酸鐵鋰電池的單月裝車量均超過三元電池。今年前8個月,磷酸鐵鋰電池市占率超過59%,較三元電池高出18個百分點。動力電池聯盟同期公布的8月國內動力電池企業裝車量排名顯示,寧德時代、比亞迪繼續位列前兩位。其中,寧德時代市占率接近47%,比亞迪則為22%左右,兩者均較上個月略有下滑。中創新航在8月位列行業第三,市場份額為5.6%。今年前八個月,中創新航僅在6月跌出國內前三位。LG新能源在6月頂替了中創新航,排名第三位。排名第四至第七位的企業,分別為國軒高科(002074.SZ)、欣旺達(300207.SZ)、蜂巢能源和億緯鋰能(300014.SZ),它們的排名與上個月一致,市場份額均未超過5%。孚能科技(688567.SZ)、瑞浦蘭鈞和捷威動力位列第八至第十位。其中,捷威動力在8月頂替正立新能(原名塔菲爾新能源)上榜。

    作者: 莊鍵 詳情
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    電池江湖的絕世花名

    霸主寧王的一舉一動,依然左右著電池產業的江湖風云。趕著中秋節前,寧德時代通過澎湃新聞,宣布第三代CTP——麒麟電池將在今年年底就實現量產出貨,而不是此前一度宣布的2023年。首批量產電池將于明年第一季度裝載于吉利汽車旗下的純電豪華MPV極氪009系列上市。這款麒麟電池,是寧王當前最前端的拳頭產品。據寧德時代介紹,其系統集成度為全球最高,體積利用率突破了72%,可將磷酸鐵鋰電池系統能量密度提升至160Wh/kg,而配用三元電池能量密度則可達255Wh/kg,支持5分鐘快速熱啟動及10分鐘快充。關鍵一句話,搭載麒麟電池的車型續航里程可超過1000km。除極氪009車型外,首批嘗鮮1000公里麒麟的,還包括賽力斯汽車旗下的問界系列車型。此外,今年6月麒麟電池首發時,理想、哪吒、路特斯、睿藍等車企的老總和官微,也都在第一時間公開示好,表達了“共赴山海”的態度。麒麟是上古神獸,古人認為它的出現有天降祥瑞的征兆。這當然是個意頭十足的好名字,華為自主研發的芯片,就叫做麒麟芯片。不過,在電池圈,率先震撼業界,為拳頭產品起上花名的公司,卻是比亞迪。2020年3月,比亞迪發布新款電池產品——刀片電池,一改過往各大廠商以數字字母組合命名產品的傳統,拉開了電池江湖花名競賽的大幕。刀片電池,聽上去冷峻鋒利,古龍小說里有俠客身懷絕技,便叫做“迎風一刀斬”,刀法看似平平無奇,但疾如閃電見血封喉。比亞迪刀片電池可能沒想過武俠之事,主要是它的長條形電芯在物理形態上長得像刀片,屬于方形電芯的一類。刀片電池既提升了能量密度也延續了磷酸鐵鋰電池的安全優勢,官方續航里程超過600公里,推出時曾一時風頭無兩。有長刀便有短刀。長城汽車孵化下的蜂巢能源,它便把拳頭系列叫做短刀電池。據傳原本蜂巢也打算叫刀片電池的,只是不曾想被比亞迪搶了先機。短刀電池,顧名思義,就是更短,還是俠客路線。在比亞迪刀片電池專利中,明確規定了刀片電池的尺寸范圍在600mm-2500mm之間。而蜂巢短刀電池中最長的L600,其實際長度只有574mm,還不到600mm,精準規避了比亞迪刀片電池專利的打擊范圍。近日蜂巢能源董事長楊紅新透露,第二代短刀電池將于今年量產,集度汽車、小鵬汽車、歐拉閃電貓、自游家汽車、光束汽車等品牌都將使用蜂巢的短刀電池。若果如是,這對之前九成銷量依賴長城老東家的蜂巢來說,無疑是一次朋友圈開疆拓土的大攻略。蜂巢短刀電池從物理形態上著手的,還有廣汽埃安的彈匣電池,它由中創新航提供。彈匣電池不走俠客風,屬于街頭西裝暴徒或者狙擊手格調的工業美學。所謂的彈匣電池其實就是因為這個電池技術采用了類似子彈匣的結構,將電池放入一個彈匣外殼中封裝起來。廣汽稱其整個電芯隔熱艙采用航天納米技術,可承受1400℃高溫。大概是苦寧王久矣,作為整機廠,廣汽近來對以寧王為首的供應鏈炮火連天。廣汽集團董事長曾慶洪今年七月公開抱怨:“動力電池成本占到新能源汽車40%-50%,甚至60%,我現在不是在給寧德時代打工嗎?”于是不甘打工的廣汽打算自建電池廠。8月下旬,廣汽在一次董事會上通過了《關于設立綠擎電池公司的議案》。同意設立電池公司開展自主電池產業化建設,項目總投資109億元,預計至2025年建成26.8GWh產線。這可能并不意味著廣汽要完全自己生產電池,但至少是一種議價保底策略。回到花名。除了刀片、彈匣與短刀這些硬漢風,也有果凍電池這種粉紅系名字。果凍和短刀同屬蜂巢,它的由來是因為采用半固態電解質,形似果凍,具有高電導、自愈合、阻燃等特點。形象派的,還有江淮的蜂窩電池。它因采用蜂巢結構的仿生設計而得名——其實叫蜂巢更好,但奈何蜂巢能源本身就在那兒。蜂窩電池采用六邊形結構,并在電芯之間注滿導熱膠,通過外延包覆的UE技術,對圓柱電芯實現單元化封裝。有了形象派,自然有寫意派的,像東風旗下的嵐圖汽車,相繼推出琥珀和云母,上汽則鼓搗出了魔方電池。此話,還有神話派的,比如長城的大禹,哪吒的天工。其實自比亞迪刀片電池橫空出世之后,除電池友商外,車企也爭相跟進為自己的電池系統命名,這樣的做法顯然是讓品牌營銷更具親和力。電池作為核心部件,可大多數的電動汽車消費者,有多少能搞清那些頭暈腦脹的數字字母排列?此外,花名的誕生,很多時候也是為針對性解決某些特定痛點而來。像嵐圖汽車的琥珀和云母,便是從功能著手。所謂琥珀,是由樹脂包裹一些小昆蟲,經地下掩埋千萬年的生物化石,瑰麗異常,稱得上是絕世珍寶。琥珀電池便取其形意,它由三星提供電芯,在電芯的縫隙中均勻填充復合材料,復合材料由有機硅聚合物、低密度隔熱材料、阻燃劑組成,將每個電芯包裹其中。而云母電池,由比亞迪旗下的弗迪提供電芯,在電芯與電芯之間,填充層狀云母和氣凝膠,在模組頂部也有云母片,本質也是防止熱的擴散。強調安全功能的還有長城的大禹電池。大禹長什么樣大家誰也說不準,但是大禹治水呀。大禹電池貫穿始終的便是變堵為疏,其思路是在電芯發生熱失控后,將產生的高溫高壓氣體排出電池包。通過電芯層面的熱阻隔,模組層面增加定向排爆出口,以及電池包內部設計換流和滅火通道,最大程度保障電池系統安全。哪吒的天工電池,名字上很好理解。哪吒汽車總裁助理張洪雷介紹過天工電池這個名字的由來:它取自“物自天生,工開于人”,哪吒汽車希望借天工將構思表現在電池上,以此守護電池安全標準。而上汽的魔方電池,除了安全功能之外,魔方的含義是還能讓空間重新配置。不同于傳統電池包立式電芯,這款電池包最大的特點是電芯是躺著放的。它最明顯的好處是,電池包豎向高度明顯下降,可以為乘客釋放出更多的車內空間。其實,歸根結底,市場考量一款電池的優劣,電池最終還是要回到安全、續航、成本與全周期壽命等關鍵要素上去。根據國家應急管理部消防救援局給出的數據顯示,2022年第一季度,國內接報的新能源汽車火災共計有640起,平均下來相當于每天有七輛。作為新事物,這依然是勸阻消費者的重要原因。而且,在另一個賽道,這些電芯,已有不少進入儲能市場,一旦起火,將導致項目的長時間延宕與關停,這也不得不讓業主的選擇更為謹慎。一般而言,在實際使用中,官方續航里程和全周期壽命往往至少要打個八折。而成本短時間內又難以打下來,這是行業共同面臨的問題。像本文開頭提到的采用麒麟電池的極氪汽車,由于電芯正極高鎳配方材料,以及電池包結構中大量水冷板的使用,據傳至少要賣40萬以上,這對它們的市場推廣,無疑難度極大。廣汽董事長曾慶洪抱怨車企是給寧德時代打工,但就這一年來說,電池廠商又何嘗不是給更上游的鋰礦巨頭做嫁衣呢?根據剛剛過去的各大公司半年報,鋰礦巨頭天齊鋰業2022年上半年,其營收為142.96億元,同比增長508.05%;凈利潤為103.28億元,同比增長119倍。寧德時代營收是天齊鋰業的八倍,達到1129.71億元,凈利潤卻比天齊鋰業還要少20多億,只有81.68億元。在電池這樣一個長坡厚雪的賽道中,真正的技術突破可能會讓現有的市場格局瞬間乾坤位移。花名也好,打工也罷,一切也才剛剛開始。

    作者: 苗藩 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。“這使得鈉離子電池具有更快的市場化速度。”胡勇勝說。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。“但是鉛酸電池有不可避免的環境污染問題。”胡勇勝說,“而且在新國標公布后,鉛酸電池也面臨退役問題。”盡管能量密度不高,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。”與鋰離子電池相比,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。科技部在“十四五”期間實施的“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模化、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。《日本經濟新聞》報道指出,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。《關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,對于長期規模化應用而言可能會成為一個重要問題。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,因此發展針對規模化儲能應用的儲能鈉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。已經在儲能領域規模化應用的鈉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。交通運輸領域的危化品運輸車、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,規模化生產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。《行動計劃》將為儲能行業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。“當時,鈉離子電池的優勢不突出,所受關注也并不高。”一位不愿透露姓名的業內人士對《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。“目前,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。”中國汽車動力電池創新聯盟副秘書長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%。“如果鈉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。”馬小利說。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。“鈉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。”她說。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。“只要有市場需求的電池,就有存在與發展的意義。”馬小利強調。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。總體來看,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模化試驗示范,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。現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。“總體來看,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模化供應渠道缺失、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模化效應后,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。鈉電池規模化生產后成本低,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,并在大規模可再生能源并網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。●本報告數據以中國大陸地區數據為主,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模化轉變,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%。“雙碳”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, 行行查由于尚未規模化商用,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,釩電池形成規模化、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。可再生能源開發和利用的迫切性,眾所周知。可再生能源的快速發展,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。“用這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%。”丁美說。

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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。“加快培育世界級釩鈦鋼鐵現代產業集群。”四川省經濟和信息化廳黨組成員、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。從規模看,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。四川星明能源環保科技有限公司副總工程師張忠裕表示,2020年上半年,國內外釩電池生產和應用市場已逐漸活躍。“釩電池現在處于商業化前期,它主要應用于新能源儲能環節。”張忠裕告訴《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。“儲能必須做到能源安全,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。”嚴川偉對《每日經濟新聞》記者表示,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。“鋰電池的理論和應用很成熟,能量密度很高,這是優勢。但釩電池是用于規模電力的用途。”嚴川偉說,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。基于不同的應用場景,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。基于這一優勢,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。”張忠裕說,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。”嚴川偉表示,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。”另一方面,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。”所以,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。“我們通過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。”大連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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