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        沈陽蓄電池研究所主辦

        業務范圍:科研成果轉讓、技術難題的攻關、現場指導、新工藝的采用和推廣,蓄電池產品生產許可證企業生產條件審查的咨詢等。

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        影響新能源汽車電池健康九個因素

        人民政協網11月14日電(記者 高志民)近日,《汽車大數據應用研究報告(2021)》由社會科學文獻出版社正式出版發行。報告指出,新能源汽車電池健康影響因子電池隨著使用和存儲時間的增長其健康狀態會逐漸變差。目前主要有九個常見影響電池健康度的因素。報告顯示,應對新能源汽車高頻次使用的用戶需求是新能源電池健康面臨的一個很大的挑戰,因此電池健康監控是企業必備的一個技能。在日常工作中,電池的工作狀態并不是最理想的,電池健康度往往受眾多因素影響,因而研究影響因素對電池健康度造成的影響是很有必要的,對改善電池性能、延長電池壽命有重大的指導意義。報告指出,影響電池健康度的九大因素是:(1)當前容量電池當前容量是表征電池健康度的主要參數之一,當電池的當前容量低于額定容量的80%,說明這塊電池包括各方面性能的老化和退化較為嚴重。電池容量的衰減程度直接影響電池的健康狀態。當電池耐久性下降時,電池的容量也跟著下降,這就使能源電池壽命也在不斷縮短,車輛續航里程變短。(2)內阻電池工作時會被內阻損耗一部分電能,而損耗的電能與電池內阻成正比。對于鋰離子電池,在多次充放電工作以后,由于其內部化學變化,內阻會逐漸增加,相應的內阻損耗也會逐漸增加,這就造成了電池可用能量的降低。(3)充放電深度放電深度對電池健康度有很明顯的作用,不同的充放電深度對鋰離子電池壽命的影響不同。充放電深度增加,電池內部的活性物質激活的就多,電池釋放的電量就大,進而電池健康度衰減更明顯。(4)充放電速率當使用電池時,如果沒有按照電池自身的充放電倍率對其進行充放電,會對電池的性能造成很大影響,甚至影響電池的使用壽命。雖然高倍率充電能夠縮短充電時間,但是高倍率充電時由于電池內阻的存在電池溫度升高過快,給熱管理增加難度,導致電池健康度惡化。除此之外,高倍率充電還容易造成電池過充,也會影響電池健康度。(5)自放電率電池的自放電率是電池性能的主要參數之一,同時也是電池健康度的主要影響因素之一。電池的自放電率也稱為電池的電荷量保持能力,指的是在不接外部負載的條件下,電池內部儲存電量能夠保存的時間長短。(6)過充與過放放電截止電壓與鋰離子電池等效電阻密切相關,放電截止電壓升高意味著等效電阻變大,鋰離子電池散熱增加,加速電池損耗。同理,過充電也會對電池壽命造成影響。(7)循環次數電池內部不僅有充放電可逆反應也會有部分副反應發生,是不可逆的。隨著電池循環次數增加,電解液變稀,有效成分的降低導致電池可用容量降低,進而電池的老化更明顯。(8)充放電電流充放電電流因素也會對電池健康度產生不同影響。李艷等研究了不同放電電流對鋰離子電池循環容量衰退造成的影響,并通過X射線衍射法、透射電子顯微鏡法和掃描電子顯微鏡法分析了不同放電電流情況下電池內部材料的衰退程度。研究結果表明,放電電流越大電池容量衰退越快,電池健康度下降越快。(9)溫度鋰離子電池的正常工作溫度范圍為(--20℃,60℃),理想工作溫度為25℃,此時電池性能最佳。電池溫度的變化會引起電池自身參數的變化,如內阻的增加和充放電率的抖動。當鋰離子電池所處的環境溫度過高或過低時,電池性能惡化,導致電池容量降低,電池健康度下降。因此溫度是影響電池壽命的一個關鍵因素。

        作者:沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        新物種4680電池:看起來很美,造出來不易

        近日,4680電池又熱鬧起來。去年9月,特斯拉電池日推出4680電池,一度引起騷動,但此后沉寂,近期有報道稱良品率已從去年的20%提高到了接近80%,預計明年具備量產可行性。無獨有偶,近日國內鋰電企業億緯鋰能公告建設20GWh大圓柱電池生產線,據稱包括4680電池。一時激起產業圈及資本圈的新一輪熱情。實際上,4680電池的量產并不容易,這是其本質決定的。4680總體上是方形電池的工藝思路,但套用了圓柱電池的外形結構。這樣復合的產品背景,優點突出,難怪馬斯克頗為贊賞,但問題也不可避免。讓我們看看這個新物種。4680電池本質是結構創新4680電池,本質上是結構創新。我們知道,鋰電池一般可以按照兩個維度來劃分:一是電池材料,比如三元、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰、無鈷電池等,這是電化學課題;另一個是電池結構,比如圓柱、方形、軟包、刀片,這個更像是物理課題。4680電池,是圓柱電池從較小的1865到2170之后,進一步做大的創新。1865的電池容量一般為2.6-3.5Ah,2170一般為4-5Ah,而4680可以做到20-30Ah,電池容量有了5倍左右的提升。圓柱電池的大小型號較少,但方形電池基于結構優勢,從小到大的型號則比較豐富,小方形可以50Ah,大方形可以到200Ah以上,市面上五花八門。刀片電池,本質上也是電池結構從小到大的創新,比亞迪刀片電池為138.5Ah(磷酸鐵鋰),近期蜂巢能源推出的短刀片電池為184Ah(磷酸鐵鋰)。電池結構創新,往往對工藝要求較高,甚至需要不同的生產設備。比如刀片電池因為較大,需要采用疊片的方式,而一般方形電池仍然可以采用卷繞的方式。優點突出,看起來很美鋰電池作為生產資料,主要性能指標包括安全性、能量密度、循環次數、成本等,有些跟電池材料有關,有些跟物理結構有關。4680電池,既然是結構創新,那這種結構相對小圓柱、方形或軟包結構,帶來的主要好處是:散熱性及安全性:直徑增加,卷繞變長,采用無極耳設計并使用銅箔,有助于降低內阻、減少發熱。軸向散熱,底部面積較大,也可以提高散熱性。系統集成之后,圓柱相對于方形或軟包的散熱性也更好。此外,一致性也比較好。能量密度提升:電池容量更高,單體能量密度可以更高。同時,圓柱電池的系統集成度更高,甚至可以直接CTC,系統能量密度也可以大幅提高。直接生產成本降低:制造設備成本比方型電池低40%以上,制造速度比相同容量的方型電池快2倍以上,五金件成本比方型電池便宜20%以上,集成比較簡單特別是外部連結器焊接比較簡單。4680電池,在電芯層面具有方形電池的技術特點,可以做到更高的電池容量和能量密度,同時基于大圓柱背景的無極耳設計及銅箔使用可以大幅提高電芯的散熱性,而圓柱型外形結構的系統集成度更高,可以直接CTC,系統散熱性也很好。這樣的特點,對安全性更加敏感的三元材料更有吸引力。難怪特斯拉對4680電池如此青睞。作為圓柱電池的擁躉,在滿足系統集成度高的前提下,迫切需要一款能夠提高能量密度并滿足三元材料安全性要求的電池,4680似乎是最優解。制造方案完全創新,量產不易4680電池看起來確實很美,尤其是三元4680對于中高檔乘用車而言,更是好鞍配好馬,這也是為什么特斯拉、寶馬等都對4680情有獨鐘。但是,4680電池目前的關鍵問題是制造,也就是如何達到規?;慨a效率。過去一年,特斯拉把良品率從20%提升到接近80%,這個過程也反映了4680電池的制造工藝幾乎是從零起步。4680大圓柱電池,作為完全創新的技術,工藝思路類似方形,物理結構是圓柱,制造工藝既不能基于現有方形,也不能基于現有小圓柱,需要整個產業從零做起,這就不難理解特斯拉2020年時的良品率只有20%。那么,4680電池的制造難點到底在哪里?4680大圓柱電池的生產工藝,完全不同于小圓柱電池,需要重新匹配生產設備,對焊接及密封可靠性的要求更高,對原材料及結構件的精度要求和光潔度要求更高,僅這幾項要求對鋰電生產而言都是宏大課題。雖然都是圓柱,但從小圓柱到大圓柱,已經完全不在同一個技術層次,小圓柱的經驗不可用,創新難度已經大幅提高,遠高于從方形到刀片的創新力度。量產效率,也直接決定最終成本。如果量產成本太高,不管產品性能優勢多突出,作為2B產品如果沒有合理性價比都是徒勞。概言之,4680電池具有方形電池的技術特點,可以做到更高的電池容量和能量密度,同時大圓柱結構可以做到更好的散熱性,系統集成度也更高,安全性要求較高的三元材料頗為喜歡,因此受到特斯拉的青睞。4680電池主要是結構創新,難度遠大于刀片電池的創新,對生產工藝及設備提出了更高的要求,而這對整個鋰電產業都是新鮮課題,也就是說4680電池是完全創新,幾乎從零做起。新物種4680,作為新一輪鋰電創新的代表,值得長期跟蹤觀察,誰能在工藝、設備及良品率上有所突破,誰就能在中高檔乘用車動力電池上占有一席之地。

        作者:沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        攜新電池技術在華建廠 “后來者”SES能走多遠?

        記者 濮振宇 2012年,在動力電池巨頭寧德時代成立的第二年,身為海外華人的胡啟朝從哈佛博士畢業,正式創立了SES,研發制造混合鋰金屬電池。多年來,SES相繼在美國波士頓、中國上海和韓國首爾開展業務,其中中國被胡啟朝視為SES未來發展的核心地區之一。近日,混合鋰金屬電池制造商SES發布了號稱目前全球單體容量最大的鋰金屬電池——容量為107 Ah的Apollo,這被認為標志著SES距離正式量產鋰金屬電池又近了一步。同時,SES還宣布正在中國上海嘉定建設全新工廠,計劃2023年竣工,將是全球產能最大的鋰金屬電池工廠。近日,混合鋰金屬電池制造商SES發布了號稱目前全球單體容量最大的鋰金屬電池——容量為107 Ah的Apollo,這被認為標志著SES距離正式量產鋰金屬電池又近了一步。同時,SES還宣布正在中國上海嘉定建設全新工廠,計劃2023年竣工。據介紹,這家工廠毗鄰上海嘉定國際汽車城,總面積為3萬平方米,建成后的產能將達到1GWh,將是全球產能最大的鋰金屬電池工廠。SES之所以選擇在華落地其最大工廠,是因為看中了中國更完備的電池產業鏈。僅比寧德時代遲一年誕生的SES,入局動力電池行業的時間已有9年,但商業化進程與同行相比卻并不快。如今,寧德時代用十年做成了萬億市值的全球動力電池霸主。而2025年才將實現商業化量產的SES,未來能否依靠小眾前沿的技術路線以及中國的供應鏈支撐,成功在動力電池行業立足?落地長三角出海建設工廠、搶奪海外訂單已成為近兩年國內動力電池企業的一大潮流。而在國內企業紛紛出海的同時,外資企業也盯上了中國的動力電池市場,目前,除了持續在華加碼布局的LG、SK等老牌巨頭,部分尚未實現商業化的新興企業也希望在華賺到其“第一桶金”。 SES就是其中一員?!癝ES之所以選擇在華落地其最大工廠,是因為看中了中國更完備的電池產業鏈?!盨ES相關人士告訴經濟觀察網記者,SES在波士頓的設施主要負責與通用的合作,主攻基礎化學、材料和算法研發;而上海主要負責電芯制造工藝開發和生產,以及電池、模組和BMS研發,其中嘉定工廠是未來生產任務的重頭戲,承擔任務最為復雜。作為SES新工廠所在地,上海所處的長三角經濟區是中國汽車供應鏈企業最為集聚的地區之一,其中SK在華的三座動力電池工廠,有兩座都在長三角,LG的南京動力電池工廠也在長三角。資料顯示, SES早在2019年就在上海打造了生產試點設施,目前SES的兩處電池原型生產廠分別位于美國波士頓和中國上海。在產能建設的同時,SES也計劃在華招募更多本地人才?!埃⊿ES)在上海主要是進行電芯產品開發、電芯生產工藝開發、電池管理系統整個電子的開發,所以需要在嘉定這里招募很多人才?!焙鷨⒊诎l布會上稱。除了完備的供應鏈,龐大的市場也是吸引SES將中國作為布局重點的主要原因。數據顯示,2020年全球動力電池出貨量為158.2GWh,中國市場達84.5GWh,占比超一半。高工產業研究院預計,2025年中國電動汽車滲透率將達35%,預計鋰電池出貨量較2020年將增長5倍。作為外資電池企業,SES面臨的同類競爭者眾多。11月4日,據韓媒報道,SK創新決定在中國建設第四座工廠,投資金額25.3億美元(約合人民幣162億元),與此前三座在華工廠不同,新工廠將是一座獨資工廠,計劃2022年正式動工。今年5月,LG新能源鋰離子電池二工廠已在南京濱江開發區竣工,工廠總投資13億美元(約合人民幣83億元),主要供應新能源汽車動力電池。攜新技術入場“Apollo電池還需要進一步的測試和優化,但其目前展示出的性能表現已經讓我們感到非常振奮?!焙鷨⒊诎l布會上稱,汽車需要在不同的運行環境和溫度狀態下工作,因此動力電池需要能夠在廣泛的溫度和功率范圍內提供高能量密度。從數據上看,混合鋰金屬電池的性能優于固態電池。據了解,鋰離子電池是動力電池行業最主流的技術路線,該技術的可制造性較高,但面臨能量密度瓶頸。近年來,產業界開始嘗試研發能量密度更高的固態鋰金屬電池,但由于不同溫度下的穩定性難以保障等技術瓶頸,制造難度較高。值得注意的是,SES成立初期也曾研發過固態鋰金屬電池,但2015年后,SES選擇了終止這一技術路線,轉向混合鋰金屬電池的研發。對于這一轉變,SES相關人士對經濟觀察網記者表示,混合鋰金屬電池兼具傳統鋰離子電池和全固態鋰金屬電池的優點——可制造性好且能量密度高。該人士介紹稱,與當前鋰離子電池260Wh/kg左右的能量密度相比,SES混合鋰金屬電池(4Ah)在重量更輕的情況下,能提升43%能量密度。從壽命周期和快充,混合鋰金屬電池都表現優秀。不過,與鋰離子電池一樣,混合鋰金屬電池也存在安全性難題。胡啟朝在發布會上也坦言,能量密度越高,安全性越難保證。SES計劃用硬件、軟件雙重手段控制安全風險,包括運用基于人工智能學習的電池安全算法預測隱患。目標:量產三年實現70億美元年收入“我們正與通用汽車和現代汽車合作,計劃2022年推出車用級混合鋰金屬電池A樣品,并在2025年正式開啟鋰金屬電池的商業化量產。我們預計2025年有望實現5億美元的年收入,2028年有望達到70億美元的年收入?!盨ES相關人士告訴經濟觀察網記者。今年3月,SES與通用汽車達成聯合開發協議,在波士頓預生產基地制造鋰金屬A樣品。5月,SES又與現代汽車和起亞簽署了聯合開發協議,為現代的電動汽車開發A樣品?!皩⒁粋€新的電池技術放到車里,需要差不多5年的流程,經過A樣品、B樣品、C樣品等非常多的測試,其中A樣品電芯在高溫、低溫、快充、慢充等測試項目上都需要達到車企的要求,然后還要經歷B樣品、C樣品階段,同時提高產能?!焙鷨⒊Q。作為一家尚未實現技術商業化的動力電池企業,SES的發展依靠融資維系。通用汽車、現代汽車不僅是SES的業務合作伙伴,也是其投資方。資料顯示,SES自成立至今已完成A輪、B輪、C輪、C+輪、D輪、D+輪共六輪融資,投資方包括通用汽車、上汽集團、現代汽車等車企,以及韓國SK、天齊鋰業、淡馬錫等。今年7月,SES宣布已與艾芬豪資本收購公司達成最終的合并協議,計劃在紐交所上市,將成為全球第一家上市交易的混合鋰金屬電池供應商。以特殊目的收購為上市途徑,SES預計這輪交易將為其提供4.76億美元(約合人民幣30億元)的資金。鋰金屬電池技術雖然尚未完全成熟,但該賽道上的玩家不少。除了SES,還包括美國公司QuantumScape和Solid Power,前者由大眾汽車持股35%,后者則獲得了來自福特汽車的支持。未來幾年,將是鋰金屬電池量產落地的競爭關鍵期。2020年6月,大眾汽車向QuantumScape追加2億美元(約合人民幣12.7億元)投資,QuantumScape預計其有望在2022年將交付原型推進到數十層的固態電池,并在2024-2025年間進入商業生產。QuantumScape是2010年誕生在斯坦福大學的一家固態電池研發公司,2020年9月通過與一家SPAC公司Kensington Capital合并實現上市后,股價暴漲,市值一度超過200億美元。雖然此后觸底反彈風波不斷,但QuantumScape仍稱得上是包括SES在內的電池創業公司的2020年12月,與SES同一年成立的Solid Power宣布已開始試生產鋰金屬全固態電池,并預計將在2022年初開始正式測試,以使其電池有資格集成到電動汽車中。Solid Power是在科羅拉多大學博爾德分校及國防高級研究計劃局的資助下于2012年成立的。Solid Power首席執行官道格·坎貝爾表示,若與汽車公司達成了廣泛合作,其固態電池量產的時間可能會提前到2025年。

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        15個問題讀懂鈉離子電池的現狀和未來

        2021年11月8日,在鈉離子電池專家會議上,來自復旦大學的專家介紹了目前鈉電池技術背景和生產的進展情況。鈉離子電池的技術背景:鈉離子電子的儲能機理和鋰離子電池是一樣的。都是利用離子在正負極之間的遷移來實現電能的儲存和釋放。鈉離子本身也帶正電荷,但是鈉離子半徑比鋰大1/3,所以移動比鋰慢,能量密度比離子鋰電池低。但是鈉資源非常豐富。鋰能源材料國內非常少,主要靠進口,未來的成本越來越高。鈉資源是鋰資源的1000倍,從成本看,比鋰礦多。但是鈉離子電池的技術還不成熟,目前主要工作還是在實驗室。按資源優勢,是最有可能成為替代鋰的資源。能量密度低,所以多能量密度要求高的就不適合,例如手機、筆記本電腦的應用替代就不行,但是對儲能,電動車,體積比較大的,能量密度要求比較低的還是有較大的市場需求。鈉離子電池未來不會一開始應用在乘用車,因為他們對能量密度要求高,但是電動大巴可以。分布式儲能,電網的儲能,場景很大,有很大的應用前景。技術進展方面:從研發的角度,目前鈉電池的正負極材料借鑒了鋰離子電池的材料體系。經過測試,正極還是用層狀電極材料類似鋰電里面的鋰鈷氧后者三元,這是將來有希望大規模生產的。另外的還有磷酸鹽體系,但如果要把磷酸鐵鋰變成磷酸鐵鈉,磷酸鐵鈉的儲鈉性能很差,所以可能要用其他的元素替代或者優化,例如磷酸釩鈉或者磷酸錳鈉之內的,但是也是磷酸鹽體系。另外就是普魯斯蘭類的體系,普魯斯藍類的光電循環比較穩定,但是缺點是能量密度比較低,容量也比磷酸鹽和輪狀材料低。所以現在還沒有確定三大材料體系,哪個組好。負極在鋰電里面最成熟的是石墨。但是用石墨作為負極材料,性能非常差,不能做強大的用途。另外的硬碳材料做負極很不錯,硬碳材料是一種稍微雜亂排列無定形的結構材料。這種硬碳材料的儲鈉性能,目前的實驗室結果是可以和目前石墨處理的性能相媲美。所以現在負極方面最好的電池負極材料就是硬碳,但是硬碳還沒有大規模量產的生產商,但是有些生產企業已經在布局硬碳的量產,但是準確時間還不確定。鋰電池的電解液用的是六氟磷酸鋰溶液,鈉電池用的是六氟磷酸鈉溶在碳酸鋰,運行起來的效果很好。如果要用于高壓電的話,要用到高氯酸鈉,就是把溶解的鹽稍微換一下。但無論如何,和鋰電的電解液非常相近,溶劑不變。隔膜完全可以用和鋰電池一樣的隔膜。負極可以用鋁箔作為節流機,因為鋁箔比銅箔的成本要低很多,用鋁箔做負極可以降低集流體。集流體的制造工藝和鋰電的制造工藝也是非常的類似。所以鋰電的生產線稍微調整一下就可以進行鈉離子電池的生產,所以如果電池廠想要轉型,它的重置成本不會太大?,F在量產最大的問題還是這是興起的技術,要從實驗室到產業化去推廣,他的技術穩定性以及材料的成熟度不會很高。Q&A1. 低溫情況下鈉離子表現更好,現在是不是真的可以達到160wh/kg?理論上可以達到。但是沒有給循環壽命的參數。目前的循環穩定性不好。市面上電動車要求2000次,但是現在研究只能是1000次。160wh/kg??斐?5分鐘80%的電量,理論上沒問題。低溫情況更好由于沒有材料的組份和參數,所以保持懷疑。鈉電池體積比鋰電池大,動力學性能會相對差一些,鈉離子的移動會慢。鈉離子同時也存在受低溫的影響。一般來說鈉離子的低溫性能比鋰差,但是不知道寧德時代是否采用了新技術。2. 循環壽命的主要影響因素是什么?循環壽命的指標之后的提升空間有多大,然后大概預計可能在什么時候能滿足作為儲能電池的循環?正負極材料的結構穩定性。鈉離子可逆的拖嵌,正極材料是經濟材料,這個材料可以發生變化。有些材料的相對穩定性好,所以可以保持循環壽命。鈉離子的循環沒有其他的好,主要是體積過大,對材料結構的破壞更大,從長壽命來看可以達到1000次。但是這個問題在將來通過技術可以得到解決??梢允共牧细臃€定。未來3-5年,加起來可以循環3000-4000次沒有問題。3. 如果都替換掉正負極材料,鈉離子替換鋰的話,成本比現在有多少下降?現在鈉離子還沒有量產,現在主要還在實驗室,材料花費比現在產業化的鋰要高。但進行量產后,加入整個生產工藝和鋰電池持平,整個成本可以降低50%左右。但是現在還沒有確定正負極材料,所以無法估算。負極稍微比鋰稍微有點優勢。大的優勢還是在正極,因為在正極里先對金屬離子方面,錳的相對性能更加穩定,基于鈉錳氧的體系,里面再參入一些鎳或者鈷鐵之類的元素,并不會太貴。但是鋰電都在做高鎳,里面的鈷和鎳不能少,成本比錳高很多,但是用鋰錳氧,錳多的話性能就會很差。但是錳在鈉里面可以用做大量的穩定元素,不用用鎳和鈷。用錳作為主要的金屬元素結合碳酸鈉,在量產以后,成產成本比現在的鋰電池會大幅度的降低。4. 現在國內的鋰離子電池的公司,從技術上比較一下,有沒有什么公司是比較領先的?主流的企業里,寧德時代的企業有團隊做鈉離子電池,他們的研發團隊比較大,在布局的考慮會長遠一些,他們現有鈉離子電池,也有新聞發布。所以他們的技術比較領先,另外很多高?,F在都在做研發,例如中科院孵化了中科海納,專門做鈉離子電池。上海交大在紹興孵化了鈉創新能源,主要做儲能電池,也是初創的鈉離子電池公司。這兩個是專門做鈉離子電池的研發和產業話的,不做鋰電池。寧德時代主業還是其他,只是做了點鈉方面的研發。但是現在的鈉離子電池都并不成熟,盡管寧德時代說明后年會進行量產,但是他們的產品應該也只還處于實驗室階段。5. 中科海納開發出了一款鈉電池,能量密度大概145wh/kg,循環壽命可以達到4500次以上,你如何看?循環壽命要看在什么條件下,一般來說循環2000次就很不錯了,但是如果充電在80%的范圍內充放電的話可以達到3000-4000次。循環的壽命高取決于充電的截止電壓,因為截止電壓提高0.1伏,它的循環壽命會下降很多。中科海納的正極材料也是基于層狀材料,基于鈉錳氧的體系,里面做了些銅鐵鈷之類的元素摻雜,負極用的也是硬碳。電解液用的也應該是六氟磷酸鈉。6. 國家在產業政策有什么具體措施?國家層面很支持,但是還沒有具體措施。國家電網和科技部,布局了很多鈉電池項目和投入了資金鼓勵科研單位和企業申請。國家電網針對儲能難的應用,包括風電太陽能的儲能站,鈉離子的需求都投入了經費研發。其他的暫時沒有,不過會陸續推出政策。7. 鈉電池的制造設備和鋰電池有什么區別?材料的制造設備幾乎一樣。只是把原材料換一下。鋰電的三元材料或者鈷酸鋰都是用工程電和固相法支配,正極材料生產線投入的原材料主要是碳酸鋰,氧化鎳,酸苯或者金屬鹽加上碳酸鋰或者氫氧化鋰。鈉電池里面就是金屬鹽不變,就是把碳酸鋰或者氫氧化鋰換成碳酸鈉和氫氧化鈉,但整個合成工藝是一樣的。對于正極的生產商來說,可以基本沿用目前的鋰電正極生產設備,但是具體的生產參數和條件上要做些調整。但是設備是基本相同的。石墨方面的差別也不會太大。電解液方面也基本類似,就是把溶解的六氟磷酸鋰換成六氟磷酸鈉,但和整個鋰電池的生產線差別不大。8. 如果鈉離子能做固態電池的話,能量密度能提升多少?是不是性價比會更高一些?鈉離子的固態電池優勢不太大。一方面它的技術成熟度目前來看還比較低,主要問題是鈉電池的固態電解質沒有特別好的固態。而且現在固態電池也不是很成熟,這也是現在固態電池需要突破的壁壘?;蛘甙央娊庖簱Q成固態電解質。但是固態電解質至今沒有特別好的。正負極材料現在比較常用的就是層狀材料或者硬盤材料,但鈉離子的體積比例較大,在固體里面遷移更不容易,它的離子導電率在電解質里面比較差。所以如果要做固態的鈉電池,就得先找離子遷移率比較高的。要研發出性能比較好的得5-10年。9. 如果鈉電池找到好的電解質,那能量密度能提高多少?如果夠不到200wh/kg的話,那他對液態鈉離子電池的提升非常有限。做得好的話,可能達到150-180wh/kg。電解液在電池里面的重量占到20%多,如果全部做成固態,做得好的話,可以做的很薄,整個能量密度也可以被優化。但是固態電解質不能被做的很薄,會有短路的風險,做厚的話,能量密度就會被降低?,F在的鈉電池不太成熟,所以固態電池的性能現在看還是遠低于液態鈉離子電池。正負極的容量,液態里面,可以發揮90%-100%的能量,但是固態里可能只能用到60%-70%。因為涉及到離子在固體里的遷移,電解液可以滲透到正負極里,所有正負極材料的顆粒都可以和電解液接觸。但是在固體里,就得要有一個離子的傳輸通道,但這樣在正負極里,可能會導致顆粒觸摸不到電解液正負極,正負極的利用率會打折,能量密度的提升也會有限。10. 國外是否也有發展鈉離子電池的計劃,他們的進展如何?美國和歐洲現在都有一些研究項目,包括美國現在也專設了一些鈉離子電池的項目研發,但是美國的鈉離子電池的研發進展總體上還是落后我國和韓國,現在中國和韓國是領先美國和歐洲的。美國有幾家初創公司也想做鈉離子電池的產業化,但是他們的規模和技術都不如國內的相關企業。韓國的LG,三星和SKI也在布局,他們的進度和中國差不多。11. 當鈉離子的技術成熟后,能夠占到的電池總裝機量比例是多少?鈉離子的技術優點在量產商體現出來,缺點是能量密度比鋰離子電池弱。它的應用主要集中在儲能還有對能量密度要求不高的電動工具例如低速電動車,電動大巴之類的。所以如果技術發揮在鈉成熟的話,它在儲能領域市占率能超過50%。但是在動力電池方面,鈉離子電池很難占到比較高的市場份額,最多到20%。12. 鈉離子電池和燃料電池誰可以更快更成熟的發展?從技術成熟度上看,更看好鈉離子電池,因為工藝上與鋰離子電池非常類似,而鋰離子電池已經非常成熟了,所以鈉離子電池推進量產的過程會很快,2-3年之內相關的產業鏈可以建立起來。但燃料電池要大規模生產和應用還是相對比較長遠的。燃料電池是解決能源問題的終極目標,最后就是氫氧的反應,非常的清潔,能量密度也很高。但是現在的瓶頸就是氫的儲存和釋放,以及燃料電池里面催化劑貴金屬的問題,貴金屬成本很難下降,也很難找到替代的薄催化劑技術。所以這兩個技術瓶頸很難在短期內攻克。燃料電池真的成熟可能要到3/50年以后,制氫的成本可以下來。13. 如果鈉離子原材料中國是可以完全自主提供,是不是不需要像鋰材料這樣大規模進口?鈉離子的原材料,中國的礦產足夠。14. 鈉離子電池和鋰離子電池燃料燃料電池是否會并存?可能性很大。因為每個技術都有它的特點和應用場景。鋰電池,燃料電池,鈉電池的技術和針對性場景都不一樣,所以并存的可能性非常大。包括鉛酸電池也不會退出市場。目前的鉛酸電池每年的量產和應用都在增長,只是增長的沒有鋰電池快。15. 鉛酸現在大規模用的還是什么地方?儲能電站和燃油車的起停電池,這兩方面。因為它的技術成熟,產業循環也做得很好,電池回收等。雖然鉛有毒,有污染,但是收回循環做的好,也可以把污染規避掉。這個回收技術是現在的鋰電池還不具備的優勢。但是大量的動力鋰電池退役后,電池的回收利用也是存在的大問題。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        百川股份多點布局鋰電池制造引關注

        在新能源產業高速發展大勢下,鋰電池的重要性日益凸顯,行業內企業紛紛加速布局。急于完善新能源產業鏈上下游的江蘇百川高科新材料股份有限公司(下稱“百川股份”)也不甘落后。11月10日晚間,百川股份連發10條公告,披露大三重要信息——抓住新能源快速發展契機,投資建設年產200萬千瓦時鋰離子電池及電池組項目;延長新能源產業鏈,投資建設年產1.5萬噸石墨負極材料(1萬噸石墨化)項目;增資江蘇?;履茉垂煞萦邢薰荆ㄏ路Q“?;履茉础保?,助力其擴大鋰電項目產能規模。11月11日收盤,百川股份報價17.06元/股,漲幅2.34%。不過,對百川能源來說,鋰電池屬于新業務。在2021年半年報中,新材料和新能源業務才首次出現,營收占比僅約一成。加速擴產存隱憂公開信息顯示,百川股份傳統業務為精細化工,目前占比約占九成。2016年,百川股份參與了?;履茉吹墓蓹嗤顿Y。經過幾次增資后,2020年?;履茉醇{入百川股份合并報表范圍。2021年上半年,百川股份業務增加了新能源板塊。據公告,百川股份計劃將子公司?;履茉醋鳛槟戤a200萬千瓦鋰離子電池及電池組項目的實施主體。項目總投資約4.74億元,資金來源于?;履茉醋曰I資金。根據百川股份的規劃,本次投資可以抓住新能源快速發展的契機,擴充?;履茉串a能,提升市場份額,實現公司整體規模的快速擴張。記者了解到,?;履茉词前俅ü煞菰阡囯姵仡I域的重要子公司。依托?;履茉?,百川股份的新能源產品涵蓋磷酸鐵鋰和三元等多種材料體系、多種規格型號的方形鋁殼鋰電池、電池組及儲能系統等,產品定位于“泛儲能”應用端,覆蓋大型集裝箱式儲能系統、工商業儲能產品、戶用儲能設備以及通信備電等多個應用領域?,F階段,百川股份的鋰電池產品技術路線主要以磷酸鐵鋰為主。近年來,磷酸鐵鋰電池正在迎來新一輪發展機遇。數據顯示,國內新能源汽車市場滲透率已經從年初的6%提升至8月的約18%。同時,新型儲能產業正在處于規?;l展階段,磷酸鐵鋰作為電池市場的主要技術路線大受歡迎。在這一背景下,百川股份大手筆擴產。據2021年半年報,目前,百川股份正在建設的鋰電池項目包括?;=M組裝產線設備項目、?;冢娦井a線)項目、?;ちⅢw庫設備項目等?!澳壳?,我國儲能行業有20多種技術,而市場才度過商業化初期。如果集中投資某一種技術,拼命擴大產能,一旦出現原材料供應不足或技術轉移的情況,公司經營可能面臨較大風險?!焙弦粌δ芷髽I高管說。投資能力受質疑基于儲能行業及新能源汽車行業的全面發展,百川股份瞄準的不僅僅是電池本身。上述公告同日,百川股份還表示,將以公司孫公司寧夏百川新材料有限公司(下稱“寧夏百川新材料”)為主體,投建年產1.5萬噸石墨負極材料(1萬噸石墨化)項目。項目總投資2.82億元,資金來源于寧夏百川新材料自籌資金。據了解,負極材料處于鋰電池上游,為重要原材料之一。而石墨是目前負極材料的主流材料。在鋰電池市場需求增加的情況下,今年石墨負極材料供應偏緊,價格上漲。百川股份表示,項目可以延長新能源產業鏈,擴充產能規模,為公司創造新的利潤增長點。在2021年半年報中,百川股份還發布了寧夏生產基地項目規劃,其中年產46萬噸鋰電材料、年回收利用30萬噸鋰電池材料及廢催化劑項目,年產7.2萬噸磷酸鐵鋰項目,年產5萬噸石墨負極材料等多個項目已經取得備案證,預計將分期實施。此外,年產5000噸石墨負極材料(1萬噸石墨化)項目,年產5萬噸針狀焦項目,年產2萬噸磷酸鐵、6000噸磷酸鐵鋰產品項目,年產2萬噸鋰電池資源化利用項目等6個項目已經開始投資建設。東吳證券分析師柳強在研報中指出,磷酸鐵鋰供需快速增長,產品同質化、標準化特點突出,朝大宗商品化方向發展,一體化優勢突出。但寧夏生產基地項目數量如此之多,投資規模如此龐大,百川股份是否有實力順利實施?11月初,有投資者在互動平臺上提問,百川股份投資情況如何,會不會影響項目建設進度?百川股份僅回復,公司現金流正常。在2021年半年報中,百川股份披露了9個正在進行的投資項目,截至6月底合計投資資金已經超過17.24億元。11月11日,百川股份董秘公開表示,目前公司已經審議的在寧夏投資項目總投資金額約35億元,項目將逐步推進。據2021年三季報,截至9月,百川股份貨幣資金余額7.62億元;短期借款15.99億元,長期借款8.23億元,負債合計約44億元;總資產66.83億元,凈資產18.05億元。新增業務貢獻小百川股份原是一家從事高新技術精細化工產品生產的專業企業。據悉,2020年以前百川股份主營業務為醋酸酯類、偏苯三酸酐及酯類、醇醚類、多元醇類、絕緣樹脂類化工產品的研發、生產和銷售,產品被廣泛應用于涂料、油墨、膠粘劑、清洗劑和化工中間體等各種行業。在2021年半年報中,百川股份的業務變更為精細化工、新材料和新能源三大板塊,產業也增加磷酸鐵鋰電池等。實際上,百川股份早就開始了對新能源的布局。?;履茉丛臼前俅ü煞?016年的參股公司,2020年3月和11月,百川股份兩次以現金方式增資?;履茉春?,百川股份合計持股比例達32.27%,位列第一大股東,且取得董事會過半席位,?;履茉醇{入百川股份合并報表范圍。不過,在2020年報中,百川股份稱,由于合并增加?;履茉吹膽召~款,公司應收賬款大幅增加。截至2020年末,百川股份應收賬款為3.9億元,較2019年全年增加110.23%;預付款賬款1.56億元,較2019年全年增加111.63%。2021年三季報中,百川股份表示,前9月,公司實現營收30.35億元,較上年同期的15.38億元提升97.31%,營業收入的上漲除部分原因是公司銷售量、銷售價格上漲外,也有并入?;履茉吹脑?。同時,1—9月,百川股份營業成本為27.31億元,較上年同期的13.92億元增加96.21%。百川股份也將其歸功于并入?;履茉?,并稱這也導致公司稅金及附加、管理費用、研發費用、利息費用的增加。截至目前,新材料、新能源業務對百川股份業績貢獻有限。2021年半年報顯示,1—6月,公司化工、新材料和新能源業務分別實現營收17.41億元、1.03億元和1.56億元,占比87.05%、5.14%和7.8%。在進擊的擴張計劃下,未來新材料、新能源業務能否為百川股份帶來新生氣?本報將持續關注。

        作者: 董梓童 詳情
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        松下將向特斯拉提供5倍容量新型鋰電

        據美國《華爾街日報》報道,特斯拉的供應商松下電器產業公司首次展示了一款計劃供應給這家美國電動汽車制造商的更大號鋰電池。4680圓柱形電池因其直徑46毫米、高80毫米而得名。這款電池比松下以前供應給特斯拉的電池更大。松下電池部門負責人和雄忠信說,這款新電池的容量是以前較小型號電池的5倍。他說,新款電池是根據特斯拉的需求開發的,松下計劃向特斯拉供應這種電池,但他未予透露細節。和雄忠信說,松下計劃在2022年3月前開始在日本試生產4680電池。圖說:在新聞發布會上,松下電池部門負責人手持新舊電池展示尺寸差異(路透社)

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        磷酸鐵鋰電池回潮引人關注

        近日,奔馳汽車公司宣布將在旗下入門級新能源汽車中轉向使用價格更便宜的磷酸鐵鋰電池,以防止入門級車型中使用的部分金屬原材料價格飆升所帶來的成本問題,這再次引起了業內對動力電池技術路線的關注。事實上,今年以來,動力電池產業發生了變化,磷酸鐵鋰電池對三元鋰電池的反超成為業內熱議的話題。根據中國汽車動力電池產業創新聯盟公布的產業數據,5月和7月開始,中國市場上磷酸鐵鋰電池產量和裝車量開始超過三元鋰電池。9月份,無論是產量還是裝車輛,磷酸鐵鋰電池都高于三元鋰電池。前三季度,磷酸鐵鋰電池增速持續超過三元鋰電池。而在去年,三元鋰電池還占據著市場的絕對主流。業內人士認為,造成磷酸鐵鋰電池回潮的主要誘因是主機廠降低成本。由于補貼逐漸退坡并將最終退出,而“雙碳”目標倒逼車企加大電動汽車銷售力度,主機廠普遍面臨降低電動汽車成本的壓力,以取得競爭優勢。從價格來看,三元鋰電池所使用的材料鎳、鈷、錳酸鋰在全球儲量低,加上新冠肺炎疫情帶來的不確定性,導致其價格不斷攀升;而磷礦的儲量較為豐富,這讓磷酸鐵鋰電池具有了一定的成本優勢。據了解,在奔馳轉向使用磷酸鐵鋰電池之前,特斯拉、蔚來、小鵬、廣汽埃安等傳統車企的標準續航或者低續航車型都開始采用磷酸鐵鋰電池,比亞迪今年4月宣布旗下電動汽車將全部采用磷酸鐵鋰電池。另一方面,磷酸鐵鋰電池技術過去幾年也有提升,再加上電池包的內部結構因技術創新得到了優化,使系統能量密度出現較大幅度的提升,在一定程度上彌補它在續航里程方面的短板。但不少業內人士也同時提出,雖然隨著近年來技術的不斷改進提升,磷酸鐵鋰電池使用的范圍得到了拓展,但其能量密度天花板依然較低,對車輛的續航里程構成限制,目前來看,三元鋰電仍是高端車型主流技術路線。比如,在不久前舉行的2021全球新能源與智能汽車供應鏈創新大會上,中國電子科技集團公司第十八研究所研究員肖成偉介紹,從2020年純電動乘用車電池系統能量分布來看,140-160Wh/kg中很大一部分是磷酸鐵鋰電池,160Wh/kg以上以三元鋰電池為主;目前低成本的純電動車以磷酸鐵鋰電池為主,高性能車以三元鋰電池為主,也有一些車企在探索將三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池混用的方向。這表明,在一段時期內,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池將繼續作為動力電池的兩條主要技術路線存在,并應用在不同的車型上,如果考慮到電動汽車消費升級和車企紛紛發力高端車市場的背景,三元鋰電池仍有較大發展空間。

        作者: 岳倩 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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        松下展示特斯拉4680電池 不跟風磷酸鐵鋰

        因為成本較低,磷酸鐵鋰電池越來越受到新能源車企的歡迎。10月27日,戴姆勒集團CEO康林松(Ola Kallenius)表示,從2024和2025年開始,集團旗下梅賽德斯-奔馳的入門級車型將采用成本更低的磷酸鐵鋰電池,具體車型包括EQA和EQB。10月21日,特斯拉宣布將標準續航版本電動車Model 3和Moderl Y中的動力電池切換到磷酸鐵鋰電池。不過,特斯拉的電池供應商松下卻在近日展示其即將推出的4680圓柱電池時表示,該公司沒有為電動汽車生產更便宜的磷酸鐵鋰電池的計劃。松下的電池負責人 Kazuo Tadanobu說,松下計劃到2022年3月開始在日本試生產4680電池。他稱該產品是根據特斯拉的要求量身定制的,并表示松下計劃向特斯拉供應該產品,但他拒絕透露其他細節。當被問及松下的電動車電池業務時,松下新總裁兼首席執行官Yuki Kusumi表示,未來數年,電動車電池是該公司戰略的核心。雖然韓國和中國都出現了有力的競爭者,但松下仍將致力于改善電池生產技術,保持自身競爭力。去年9月22日,特斯拉在電池日上首次發布了4680圓柱電池。據介紹,該電池高80毫米、直徑46毫米,和傳統鋰電池相比,能量密度提高5倍,續航里程提高16%,且成本降低14%。10月21日,特斯拉在第三季度財報電話會上表示,4680型電池項目繼續取得進展,正在生產更多電池組用于測試。到目前為止,測試結果符合預期,2022年初將交付首批配備4680型電池的汽車。據悉,除了今年在日本建立了一條生產4680電池的測試線外,松下還計劃在2022年設立一家新能源業務公司——松下能源公司,來建造4680型電池超級工廠和方形電池超級工廠。雖然松下表示“4680 電池方面交易將使公司與特斯拉之間的關系更加牢固”,但特斯拉也在尋找新的供應商,LG能源解決方案和三星SDI都已經完成了4680電池的樣品開發。同時,為了提高電池的產量,特斯拉已在加州弗里蒙特工廠建立試生產線,為首批搭載4680型電池的車型供貨。而松下之所以無意布局磷酸鐵鋰電池,有業內人士認為,這或與其希望降低對特斯拉的依賴,進行客戶結構調整有關。對于近期蘋果公司與寧德時代及比亞迪就蘋果公司造車項目中的電池供應談判陷入僵局,蘋果公司已考慮與松下合作的傳聞,松下10月25日表示,關于向美國蘋果公司正在研究開發的電動汽車供應車載電池一事,“不否認各種可能性”。消息的可能性在于:松下在美國有電池工廠,且特斯拉逐漸將汽車電池供給業務多元化,讓松下處于邊緣化,曾清空了特斯拉的所有股票。蘋果造車于松下來說是個很好的機會。和蘋果和合作沒有得到證實的同時,松下卻迎來了一位新的客戶。10月27日消息,松下將從2022年起向美國新興純電動汽車企業Canoo供應電池。雙方于10月26日達成供貨協議,松下將持續數年向Canoo提供特斯拉采用的圓柱形電池。但具體供貨量并未公布。據Canoo在美國時間10月25日公布的消息:Canoo將把電池搭載到定于2022年在歐美上市的電動MPV車型“Lifestyle Vehicle”上。

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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。

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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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        圣陽電源相繼中標中國移動、中國電信兩大運營商鉛蓄電池集中采購項目

        2020年12月3日,中國移動公示了2020至2021年度Ⅰ類鉛酸蓄電池產品集中采購項目中標結果,圣陽電源順利中標,獲得約33.8萬KVAh份額。12月17日,中國電信公布了普通型閥控式密封鉛酸蓄電池(2020年)集中采購項目中標結果,圣陽電源再次順利中標,獲得約30萬KVAh份額。至此,2020年兩大通信運營商鉛蓄電池重要收關招標項目中,圣陽電源均獲得客戶高度認可,成功中標。圣陽電源將持續為客戶提供優質產品和滿意的服務,不斷提升運營商服務質量,保持客戶持續滿意。圣陽電源作為國內通信市場備用電源領域的主流供應商,是國內成立時間最早的專業電源制造企業之一,有幸見證并深入參與了國內通信行業的快速發展,并隨著國內通信行業及運營商的發展而不斷壯大。近年來針對運營商不同工況的不同備電需求,公司依托于30年的行業經驗與技術積累,以國家級企業技術中心、博士后科研工作站、CNAS實驗室等技術平臺為支撐,持續推進技術創新和產品進步,為客戶提供更適合實際需求的一體化電源產品解決方案。公司具備覆蓋全國的、優良的銷售服務網絡,持續提供優質的售前、售中、售后等全過程、全方位的7*24小時的技術服務支持。公司以最具性價比的產品和優質的服務踐行“關鍵時刻、值得信賴”的企業理念,本次集采結果也是運營商客戶對圣陽電源的又一次高度認可!圣陽電源作為國內領先的綠色能源供應商,秉承“以客戶為中心、為客戶創造價值”的經營宗旨,以變革創新為動力,面向海內外市場,向客戶提供儲能、備用、動力、系統集成電源產品和定制化解決方案,是行業內唯一榮獲 “中國出口質量安全示范企業”稱號的企業。即將到來的十四五,在“新基建”背景下,圣陽電源以專業化、智能化為方向,夯實產業能力,為通信運營商提供更加安全可靠的產品和電源解決方案,助力新基建建設,為建設數字中國貢獻力量!

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        南都電源預中標中國電信鉛酸蓄電池集采項目

        今日,中國電信發布普通型閥控式密封鉛酸蓄電池(2020年)集中采購項目中標候選人公示,南都電源為第一中標候選人,投標報價(價稅合計)9.46億元,公示期為2020年12月18日至21日。(證券時報)

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        寶馬摩托車全球推薦使用猛獅科技(DYNAVOLT)啟動電池

        近日,在寶馬集團(https://www.press.bmwgroup.com/global/registration)的網站,刊登了題為BMW MOTORRAD WORLD TEAM RECOMMENDS DYNAVOLT BATTERIES的文章,文中,寶馬車隊經理肖恩?繆爾和馬克?邦格斯都對猛獅表示了由衷感謝。肖恩表示,在新冠肆掠的2020,如果沒有猛獅的支持,車隊幾乎無法參加今年的WSBK,猛獅在寶馬車隊中扮演著極其重要的角色,他和他的團隊都非常感激猛獅在2020賽季給予的贊助和支持,也期待來年更加深入和密切的合作。馬克說,在世界級的摩托賽事上,每一個細節都是成功與否的關鍵。猛獅提供了可靠、高端的產品,是賽車電池領域的完美伙伴,而想要取得成功,這樣強大可靠的合作伙伴必不可少。我們欣賞并贊賞這種合作,并借此機會表示感謝。感謝猛獅!期待擴大我們在賽車和產品方面的合作。熟悉WSBK的人都知道,寶馬在2012年曾一度退出WSBK,去年才重回賽道,也是在去年,猛獅開始與寶馬車隊的合作,并與寶馬車隊攜手走過了兩個賽季。在接下來的2021,猛獅也會繼續保持對車隊的支持,強強合作,定能碰撞出最精彩的火花。比賽用車 BMW S1000 RR賽場精彩瞬間作為國內最早一批做摩托車起動電池的企業,高端電池制造一直是猛獅的核心業務之一。從初入摩托車電池行業,到成為國內摩托車蓄電池出口量最大的領軍企業,猛獅科技以獨到的眼光在電池制造業創造出屬于自己的一片天地,并將“中國制造”推向了國際市場。目前,猛獅科技的摩托車電池產品主要分為三種產品類別,第一類是膠體電池,第二類是具有干荷性能的免維護電池,第三類是普通干荷電池。在行業內,猛獅的摩托車電池產品在性能上具有明顯優勢,從制造技術和質量管控上都具有世界一流水準。本賽季寶馬車隊搭載的正是猛獅科技諸多電池產品中的一款——MG52113。這是一款適應于BMWK1600GT、R1200RT、R1100RS、R1150等高端車型的起動膠體電池,對應業內的型號是51913(20HR@19Ah),為保證這款高端產品能獲得更高的性能,猛獅設計此款產品為(20HR@21Ah),-18℃CCA 高達310A,遠超同業競品各項性能指標。2021年WSBK賽季即將拉開帷幕,我們也將為大家持續帶來賽事精彩報道。WSBK簡介世界超級摩托車錦標賽World Superbike Championship,也簡稱為WSBK,始于上世紀70年代的美國。作為摩托車頂級賽事之一,其迷人之處就在于它所使用的賽車,都是市場上能買到的超級跑車,稍微進行改裝就可參賽,普通車迷即使不參賽也可到賽場領略駕駛的樂趣;另外這種比賽的廣告效應十分強烈,各大廠家不惜血本進行投入和宣傳,這樣WSBK越來越受到車迷和觀眾的喜愛,不斷發展壯大。WSBK的賽制采用一場二節制,中間有休息時間,可對賽車修理和調校。比賽后用兩節時間相加排出名次,并累計積分,全年積分最高者為年度總冠軍,積分最高的車隊為年度冠軍車隊。

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        15個問題讀懂鈉離子電池的現狀和未來

        2021年11月8日,在鈉離子電池專家會議上,來自復旦大學的專家介紹了目前鈉電池技術背景和生產的進展情況。鈉離子電池的技術背景:鈉離子電子的儲能機理和鋰離子電池是一樣的。都是利用離子在正負極之間的遷移來實現電能的儲存和釋放。鈉離子本身也帶正電荷,但是鈉離子半徑比鋰大1/3,所以移動比鋰慢,能量密度比離子鋰電池低。但是鈉資源非常豐富。鋰能源材料國內非常少,主要靠進口,未來的成本越來越高。鈉資源是鋰資源的1000倍,從成本看,比鋰礦多。但是鈉離子電池的技術還不成熟,目前主要工作還是在實驗室。按資源優勢,是最有可能成為替代鋰的資源。能量密度低,所以多能量密度要求高的就不適合,例如手機、筆記本電腦的應用替代就不行,但是對儲能,電動車,體積比較大的,能量密度要求比較低的還是有較大的市場需求。鈉離子電池未來不會一開始應用在乘用車,因為他們對能量密度要求高,但是電動大巴可以。分布式儲能,電網的儲能,場景很大,有很大的應用前景。技術進展方面:從研發的角度,目前鈉電池的正負極材料借鑒了鋰離子電池的材料體系。經過測試,正極還是用層狀電極材料類似鋰電里面的鋰鈷氧后者三元,這是將來有希望大規模生產的。另外的還有磷酸鹽體系,但如果要把磷酸鐵鋰變成磷酸鐵鈉,磷酸鐵鈉的儲鈉性能很差,所以可能要用其他的元素替代或者優化,例如磷酸釩鈉或者磷酸錳鈉之內的,但是也是磷酸鹽體系。另外就是普魯斯蘭類的體系,普魯斯藍類的光電循環比較穩定,但是缺點是能量密度比較低,容量也比磷酸鹽和輪狀材料低。所以現在還沒有確定三大材料體系,哪個組好。負極在鋰電里面最成熟的是石墨。但是用石墨作為負極材料,性能非常差,不能做強大的用途。另外的硬碳材料做負極很不錯,硬碳材料是一種稍微雜亂排列無定形的結構材料。這種硬碳材料的儲鈉性能,目前的實驗室結果是可以和目前石墨處理的性能相媲美。所以現在負極方面最好的電池負極材料就是硬碳,但是硬碳還沒有大規模量產的生產商,但是有些生產企業已經在布局硬碳的量產,但是準確時間還不確定。鋰電池的電解液用的是六氟磷酸鋰溶液,鈉電池用的是六氟磷酸鈉溶在碳酸鋰,運行起來的效果很好。如果要用于高壓電的話,要用到高氯酸鈉,就是把溶解的鹽稍微換一下。但無論如何,和鋰電的電解液非常相近,溶劑不變。隔膜完全可以用和鋰電池一樣的隔膜。負極可以用鋁箔作為節流機,因為鋁箔比銅箔的成本要低很多,用鋁箔做負極可以降低集流體。集流體的制造工藝和鋰電的制造工藝也是非常的類似。所以鋰電的生產線稍微調整一下就可以進行鈉離子電池的生產,所以如果電池廠想要轉型,它的重置成本不會太大?,F在量產最大的問題還是這是興起的技術,要從實驗室到產業化去推廣,他的技術穩定性以及材料的成熟度不會很高。Q&A1. 低溫情況下鈉離子表現更好,現在是不是真的可以達到160wh/kg?理論上可以達到。但是沒有給循環壽命的參數。目前的循環穩定性不好。市面上電動車要求2000次,但是現在研究只能是1000次。160wh/kg??斐?5分鐘80%的電量,理論上沒問題。低溫情況更好由于沒有材料的組份和參數,所以保持懷疑。鈉電池體積比鋰電池大,動力學性能會相對差一些,鈉離子的移動會慢。鈉離子同時也存在受低溫的影響。一般來說鈉離子的低溫性能比鋰差,但是不知道寧德時代是否采用了新技術。2. 循環壽命的主要影響因素是什么?循環壽命的指標之后的提升空間有多大,然后大概預計可能在什么時候能滿足作為儲能電池的循環?正負極材料的結構穩定性。鈉離子可逆的拖嵌,正極材料是經濟材料,這個材料可以發生變化。有些材料的相對穩定性好,所以可以保持循環壽命。鈉離子的循環沒有其他的好,主要是體積過大,對材料結構的破壞更大,從長壽命來看可以達到1000次。但是這個問題在將來通過技術可以得到解決??梢允共牧细臃€定。未來3-5年,加起來可以循環3000-4000次沒有問題。3. 如果都替換掉正負極材料,鈉離子替換鋰的話,成本比現在有多少下降?現在鈉離子還沒有量產,現在主要還在實驗室,材料花費比現在產業化的鋰要高。但進行量產后,加入整個生產工藝和鋰電池持平,整個成本可以降低50%左右。但是現在還沒有確定正負極材料,所以無法估算。負極稍微比鋰稍微有點優勢。大的優勢還是在正極,因為在正極里先對金屬離子方面,錳的相對性能更加穩定,基于鈉錳氧的體系,里面再參入一些鎳或者鈷鐵之類的元素,并不會太貴。但是鋰電都在做高鎳,里面的鈷和鎳不能少,成本比錳高很多,但是用鋰錳氧,錳多的話性能就會很差。但是錳在鈉里面可以用做大量的穩定元素,不用用鎳和鈷。用錳作為主要的金屬元素結合碳酸鈉,在量產以后,成產成本比現在的鋰電池會大幅度的降低。4. 現在國內的鋰離子電池的公司,從技術上比較一下,有沒有什么公司是比較領先的?主流的企業里,寧德時代的企業有團隊做鈉離子電池,他們的研發團隊比較大,在布局的考慮會長遠一些,他們現有鈉離子電池,也有新聞發布。所以他們的技術比較領先,另外很多高?,F在都在做研發,例如中科院孵化了中科海納,專門做鈉離子電池。上海交大在紹興孵化了鈉創新能源,主要做儲能電池,也是初創的鈉離子電池公司。這兩個是專門做鈉離子電池的研發和產業話的,不做鋰電池。寧德時代主業還是其他,只是做了點鈉方面的研發。但是現在的鈉離子電池都并不成熟,盡管寧德時代說明后年會進行量產,但是他們的產品應該也只還處于實驗室階段。5. 中科海納開發出了一款鈉電池,能量密度大概145wh/kg,循環壽命可以達到4500次以上,你如何看?循環壽命要看在什么條件下,一般來說循環2000次就很不錯了,但是如果充電在80%的范圍內充放電的話可以達到3000-4000次。循環的壽命高取決于充電的截止電壓,因為截止電壓提高0.1伏,它的循環壽命會下降很多。中科海納的正極材料也是基于層狀材料,基于鈉錳氧的體系,里面做了些銅鐵鈷之類的元素摻雜,負極用的也是硬碳。電解液用的也應該是六氟磷酸鈉。6. 國家在產業政策有什么具體措施?國家層面很支持,但是還沒有具體措施。國家電網和科技部,布局了很多鈉電池項目和投入了資金鼓勵科研單位和企業申請。國家電網針對儲能難的應用,包括風電太陽能的儲能站,鈉離子的需求都投入了經費研發。其他的暫時沒有,不過會陸續推出政策。7. 鈉電池的制造設備和鋰電池有什么區別?材料的制造設備幾乎一樣。只是把原材料換一下。鋰電的三元材料或者鈷酸鋰都是用工程電和固相法支配,正極材料生產線投入的原材料主要是碳酸鋰,氧化鎳,酸苯或者金屬鹽加上碳酸鋰或者氫氧化鋰。鈉電池里面就是金屬鹽不變,就是把碳酸鋰或者氫氧化鋰換成碳酸鈉和氫氧化鈉,但整個合成工藝是一樣的。對于正極的生產商來說,可以基本沿用目前的鋰電正極生產設備,但是具體的生產參數和條件上要做些調整。但是設備是基本相同的。石墨方面的差別也不會太大。電解液方面也基本類似,就是把溶解的六氟磷酸鋰換成六氟磷酸鈉,但和整個鋰電池的生產線差別不大。8. 如果鈉離子能做固態電池的話,能量密度能提升多少?是不是性價比會更高一些?鈉離子的固態電池優勢不太大。一方面它的技術成熟度目前來看還比較低,主要問題是鈉電池的固態電解質沒有特別好的固態。而且現在固態電池也不是很成熟,這也是現在固態電池需要突破的壁壘?;蛘甙央娊庖簱Q成固態電解質。但是固態電解質至今沒有特別好的。正負極材料現在比較常用的就是層狀材料或者硬盤材料,但鈉離子的體積比例較大,在固體里面遷移更不容易,它的離子導電率在電解質里面比較差。所以如果要做固態的鈉電池,就得先找離子遷移率比較高的。要研發出性能比較好的得5-10年。9. 如果鈉電池找到好的電解質,那能量密度能提高多少?如果夠不到200wh/kg的話,那他對液態鈉離子電池的提升非常有限。做得好的話,可能達到150-180wh/kg。電解液在電池里面的重量占到20%多,如果全部做成固態,做得好的話,可以做的很薄,整個能量密度也可以被優化。但是固態電解質不能被做的很薄,會有短路的風險,做厚的話,能量密度就會被降低?,F在的鈉電池不太成熟,所以固態電池的性能現在看還是遠低于液態鈉離子電池。正負極的容量,液態里面,可以發揮90%-100%的能量,但是固態里可能只能用到60%-70%。因為涉及到離子在固體里的遷移,電解液可以滲透到正負極里,所有正負極材料的顆粒都可以和電解液接觸。但是在固體里,就得要有一個離子的傳輸通道,但這樣在正負極里,可能會導致顆粒觸摸不到電解液正負極,正負極的利用率會打折,能量密度的提升也會有限。10. 國外是否也有發展鈉離子電池的計劃,他們的進展如何?美國和歐洲現在都有一些研究項目,包括美國現在也專設了一些鈉離子電池的項目研發,但是美國的鈉離子電池的研發進展總體上還是落后我國和韓國,現在中國和韓國是領先美國和歐洲的。美國有幾家初創公司也想做鈉離子電池的產業化,但是他們的規模和技術都不如國內的相關企業。韓國的LG,三星和SKI也在布局,他們的進度和中國差不多。11. 當鈉離子的技術成熟后,能夠占到的電池總裝機量比例是多少?鈉離子的技術優點在量產商體現出來,缺點是能量密度比鋰離子電池弱。它的應用主要集中在儲能還有對能量密度要求不高的電動工具例如低速電動車,電動大巴之類的。所以如果技術發揮在鈉成熟的話,它在儲能領域市占率能超過50%。但是在動力電池方面,鈉離子電池很難占到比較高的市場份額,最多到20%。12. 鈉離子電池和燃料電池誰可以更快更成熟的發展?從技術成熟度上看,更看好鈉離子電池,因為工藝上與鋰離子電池非常類似,而鋰離子電池已經非常成熟了,所以鈉離子電池推進量產的過程會很快,2-3年之內相關的產業鏈可以建立起來。但燃料電池要大規模生產和應用還是相對比較長遠的。燃料電池是解決能源問題的終極目標,最后就是氫氧的反應,非常的清潔,能量密度也很高。但是現在的瓶頸就是氫的儲存和釋放,以及燃料電池里面催化劑貴金屬的問題,貴金屬成本很難下降,也很難找到替代的薄催化劑技術。所以這兩個技術瓶頸很難在短期內攻克。燃料電池真的成熟可能要到3/50年以后,制氫的成本可以下來。13. 如果鈉離子原材料中國是可以完全自主提供,是不是不需要像鋰材料這樣大規模進口?鈉離子的原材料,中國的礦產足夠。14. 鈉離子電池和鋰離子電池燃料燃料電池是否會并存?可能性很大。因為每個技術都有它的特點和應用場景。鋰電池,燃料電池,鈉電池的技術和針對性場景都不一樣,所以并存的可能性非常大。包括鉛酸電池也不會退出市場。目前的鉛酸電池每年的量產和應用都在增長,只是增長的沒有鋰電池快。15. 鉛酸現在大規模用的還是什么地方?儲能電站和燃油車的起停電池,這兩方面。因為它的技術成熟,產業循環也做得很好,電池回收等。雖然鉛有毒,有污染,但是收回循環做的好,也可以把污染規避掉。這個回收技術是現在的鋰電池還不具備的優勢。但是大量的動力鋰電池退役后,電池的回收利用也是存在的大問題。

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        百川股份多點布局鋰電池制造引關注

        在新能源產業高速發展大勢下,鋰電池的重要性日益凸顯,行業內企業紛紛加速布局。急于完善新能源產業鏈上下游的江蘇百川高科新材料股份有限公司(下稱“百川股份”)也不甘落后。11月10日晚間,百川股份連發10條公告,披露大三重要信息——抓住新能源快速發展契機,投資建設年產200萬千瓦時鋰離子電池及電池組項目;延長新能源產業鏈,投資建設年產1.5萬噸石墨負極材料(1萬噸石墨化)項目;增資江蘇?;履茉垂煞萦邢薰荆ㄏ路Q“?;履茉础保?,助力其擴大鋰電項目產能規模。11月11日收盤,百川股份報價17.06元/股,漲幅2.34%。不過,對百川能源來說,鋰電池屬于新業務。在2021年半年報中,新材料和新能源業務才首次出現,營收占比僅約一成。加速擴產存隱憂公開信息顯示,百川股份傳統業務為精細化工,目前占比約占九成。2016年,百川股份參與了?;履茉吹墓蓹嗤顿Y。經過幾次增資后,2020年?;履茉醇{入百川股份合并報表范圍。2021年上半年,百川股份業務增加了新能源板塊。據公告,百川股份計劃將子公司?;履茉醋鳛槟戤a200萬千瓦鋰離子電池及電池組項目的實施主體。項目總投資約4.74億元,資金來源于?;履茉醋曰I資金。根據百川股份的規劃,本次投資可以抓住新能源快速發展的契機,擴充?;履茉串a能,提升市場份額,實現公司整體規模的快速擴張。記者了解到,?;履茉词前俅ü煞菰阡囯姵仡I域的重要子公司。依托?;履茉?,百川股份的新能源產品涵蓋磷酸鐵鋰和三元等多種材料體系、多種規格型號的方形鋁殼鋰電池、電池組及儲能系統等,產品定位于“泛儲能”應用端,覆蓋大型集裝箱式儲能系統、工商業儲能產品、戶用儲能設備以及通信備電等多個應用領域?,F階段,百川股份的鋰電池產品技術路線主要以磷酸鐵鋰為主。近年來,磷酸鐵鋰電池正在迎來新一輪發展機遇。數據顯示,國內新能源汽車市場滲透率已經從年初的6%提升至8月的約18%。同時,新型儲能產業正在處于規?;l展階段,磷酸鐵鋰作為電池市場的主要技術路線大受歡迎。在這一背景下,百川股份大手筆擴產。據2021年半年報,目前,百川股份正在建設的鋰電池項目包括?;=M組裝產線設備項目、?;冢娦井a線)項目、?;ちⅢw庫設備項目等?!澳壳?,我國儲能行業有20多種技術,而市場才度過商業化初期。如果集中投資某一種技術,拼命擴大產能,一旦出現原材料供應不足或技術轉移的情況,公司經營可能面臨較大風險?!焙弦粌δ芷髽I高管說。投資能力受質疑基于儲能行業及新能源汽車行業的全面發展,百川股份瞄準的不僅僅是電池本身。上述公告同日,百川股份還表示,將以公司孫公司寧夏百川新材料有限公司(下稱“寧夏百川新材料”)為主體,投建年產1.5萬噸石墨負極材料(1萬噸石墨化)項目。項目總投資2.82億元,資金來源于寧夏百川新材料自籌資金。據了解,負極材料處于鋰電池上游,為重要原材料之一。而石墨是目前負極材料的主流材料。在鋰電池市場需求增加的情況下,今年石墨負極材料供應偏緊,價格上漲。百川股份表示,項目可以延長新能源產業鏈,擴充產能規模,為公司創造新的利潤增長點。在2021年半年報中,百川股份還發布了寧夏生產基地項目規劃,其中年產46萬噸鋰電材料、年回收利用30萬噸鋰電池材料及廢催化劑項目,年產7.2萬噸磷酸鐵鋰項目,年產5萬噸石墨負極材料等多個項目已經取得備案證,預計將分期實施。此外,年產5000噸石墨負極材料(1萬噸石墨化)項目,年產5萬噸針狀焦項目,年產2萬噸磷酸鐵、6000噸磷酸鐵鋰產品項目,年產2萬噸鋰電池資源化利用項目等6個項目已經開始投資建設。東吳證券分析師柳強在研報中指出,磷酸鐵鋰供需快速增長,產品同質化、標準化特點突出,朝大宗商品化方向發展,一體化優勢突出。但寧夏生產基地項目數量如此之多,投資規模如此龐大,百川股份是否有實力順利實施?11月初,有投資者在互動平臺上提問,百川股份投資情況如何,會不會影響項目建設進度?百川股份僅回復,公司現金流正常。在2021年半年報中,百川股份披露了9個正在進行的投資項目,截至6月底合計投資資金已經超過17.24億元。11月11日,百川股份董秘公開表示,目前公司已經審議的在寧夏投資項目總投資金額約35億元,項目將逐步推進。據2021年三季報,截至9月,百川股份貨幣資金余額7.62億元;短期借款15.99億元,長期借款8.23億元,負債合計約44億元;總資產66.83億元,凈資產18.05億元。新增業務貢獻小百川股份原是一家從事高新技術精細化工產品生產的專業企業。據悉,2020年以前百川股份主營業務為醋酸酯類、偏苯三酸酐及酯類、醇醚類、多元醇類、絕緣樹脂類化工產品的研發、生產和銷售,產品被廣泛應用于涂料、油墨、膠粘劑、清洗劑和化工中間體等各種行業。在2021年半年報中,百川股份的業務變更為精細化工、新材料和新能源三大板塊,產業也增加磷酸鐵鋰電池等。實際上,百川股份早就開始了對新能源的布局。?;履茉丛臼前俅ü煞?016年的參股公司,2020年3月和11月,百川股份兩次以現金方式增資?;履茉春?,百川股份合計持股比例達32.27%,位列第一大股東,且取得董事會過半席位,?;履茉醇{入百川股份合并報表范圍。不過,在2020年報中,百川股份稱,由于合并增加?;履茉吹膽召~款,公司應收賬款大幅增加。截至2020年末,百川股份應收賬款為3.9億元,較2019年全年增加110.23%;預付款賬款1.56億元,較2019年全年增加111.63%。2021年三季報中,百川股份表示,前9月,公司實現營收30.35億元,較上年同期的15.38億元提升97.31%,營業收入的上漲除部分原因是公司銷售量、銷售價格上漲外,也有并入?;履茉吹脑?。同時,1—9月,百川股份營業成本為27.31億元,較上年同期的13.92億元增加96.21%。百川股份也將其歸功于并入?;履茉?,并稱這也導致公司稅金及附加、管理費用、研發費用、利息費用的增加。截至目前,新材料、新能源業務對百川股份業績貢獻有限。2021年半年報顯示,1—6月,公司化工、新材料和新能源業務分別實現營收17.41億元、1.03億元和1.56億元,占比87.05%、5.14%和7.8%。在進擊的擴張計劃下,未來新材料、新能源業務能否為百川股份帶來新生氣?本報將持續關注。

        作者: 董梓童 詳情
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        松下將向特斯拉提供5倍容量新型鋰電

        據美國《華爾街日報》報道,特斯拉的供應商松下電器產業公司首次展示了一款計劃供應給這家美國電動汽車制造商的更大號鋰電池。4680圓柱形電池因其直徑46毫米、高80毫米而得名。這款電池比松下以前供應給特斯拉的電池更大。松下電池部門負責人和雄忠信說,這款新電池的容量是以前較小型號電池的5倍。他說,新款電池是根據特斯拉的需求開發的,松下計劃向特斯拉供應這種電池,但他未予透露細節。和雄忠信說,松下計劃在2022年3月前開始在日本試生產4680電池。圖說:在新聞發布會上,松下電池部門負責人手持新舊電池展示尺寸差異(路透社)

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        磷酸鐵鋰電池回潮引人關注

        近日,奔馳汽車公司宣布將在旗下入門級新能源汽車中轉向使用價格更便宜的磷酸鐵鋰電池,以防止入門級車型中使用的部分金屬原材料價格飆升所帶來的成本問題,這再次引起了業內對動力電池技術路線的關注。事實上,今年以來,動力電池產業發生了變化,磷酸鐵鋰電池對三元鋰電池的反超成為業內熱議的話題。根據中國汽車動力電池產業創新聯盟公布的產業數據,5月和7月開始,中國市場上磷酸鐵鋰電池產量和裝車量開始超過三元鋰電池。9月份,無論是產量還是裝車輛,磷酸鐵鋰電池都高于三元鋰電池。前三季度,磷酸鐵鋰電池增速持續超過三元鋰電池。而在去年,三元鋰電池還占據著市場的絕對主流。業內人士認為,造成磷酸鐵鋰電池回潮的主要誘因是主機廠降低成本。由于補貼逐漸退坡并將最終退出,而“雙碳”目標倒逼車企加大電動汽車銷售力度,主機廠普遍面臨降低電動汽車成本的壓力,以取得競爭優勢。從價格來看,三元鋰電池所使用的材料鎳、鈷、錳酸鋰在全球儲量低,加上新冠肺炎疫情帶來的不確定性,導致其價格不斷攀升;而磷礦的儲量較為豐富,這讓磷酸鐵鋰電池具有了一定的成本優勢。據了解,在奔馳轉向使用磷酸鐵鋰電池之前,特斯拉、蔚來、小鵬、廣汽埃安等傳統車企的標準續航或者低續航車型都開始采用磷酸鐵鋰電池,比亞迪今年4月宣布旗下電動汽車將全部采用磷酸鐵鋰電池。另一方面,磷酸鐵鋰電池技術過去幾年也有提升,再加上電池包的內部結構因技術創新得到了優化,使系統能量密度出現較大幅度的提升,在一定程度上彌補它在續航里程方面的短板。但不少業內人士也同時提出,雖然隨著近年來技術的不斷改進提升,磷酸鐵鋰電池使用的范圍得到了拓展,但其能量密度天花板依然較低,對車輛的續航里程構成限制,目前來看,三元鋰電仍是高端車型主流技術路線。比如,在不久前舉行的2021全球新能源與智能汽車供應鏈創新大會上,中國電子科技集團公司第十八研究所研究員肖成偉介紹,從2020年純電動乘用車電池系統能量分布來看,140-160Wh/kg中很大一部分是磷酸鐵鋰電池,160Wh/kg以上以三元鋰電池為主;目前低成本的純電動車以磷酸鐵鋰電池為主,高性能車以三元鋰電池為主,也有一些車企在探索將三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池混用的方向。這表明,在一段時期內,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池將繼續作為動力電池的兩條主要技術路線存在,并應用在不同的車型上,如果考慮到電動汽車消費升級和車企紛紛發力高端車市場的背景,三元鋰電池仍有較大發展空間。

        作者: 岳倩 詳情
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        松下展示特斯拉4680電池 不跟風磷酸鐵鋰

        因為成本較低,磷酸鐵鋰電池越來越受到新能源車企的歡迎。10月27日,戴姆勒集團CEO康林松(Ola Kallenius)表示,從2024和2025年開始,集團旗下梅賽德斯-奔馳的入門級車型將采用成本更低的磷酸鐵鋰電池,具體車型包括EQA和EQB。10月21日,特斯拉宣布將標準續航版本電動車Model 3和Moderl Y中的動力電池切換到磷酸鐵鋰電池。不過,特斯拉的電池供應商松下卻在近日展示其即將推出的4680圓柱電池時表示,該公司沒有為電動汽車生產更便宜的磷酸鐵鋰電池的計劃。松下的電池負責人 Kazuo Tadanobu說,松下計劃到2022年3月開始在日本試生產4680電池。他稱該產品是根據特斯拉的要求量身定制的,并表示松下計劃向特斯拉供應該產品,但他拒絕透露其他細節。當被問及松下的電動車電池業務時,松下新總裁兼首席執行官Yuki Kusumi表示,未來數年,電動車電池是該公司戰略的核心。雖然韓國和中國都出現了有力的競爭者,但松下仍將致力于改善電池生產技術,保持自身競爭力。去年9月22日,特斯拉在電池日上首次發布了4680圓柱電池。據介紹,該電池高80毫米、直徑46毫米,和傳統鋰電池相比,能量密度提高5倍,續航里程提高16%,且成本降低14%。10月21日,特斯拉在第三季度財報電話會上表示,4680型電池項目繼續取得進展,正在生產更多電池組用于測試。到目前為止,測試結果符合預期,2022年初將交付首批配備4680型電池的汽車。據悉,除了今年在日本建立了一條生產4680電池的測試線外,松下還計劃在2022年設立一家新能源業務公司——松下能源公司,來建造4680型電池超級工廠和方形電池超級工廠。雖然松下表示“4680 電池方面交易將使公司與特斯拉之間的關系更加牢固”,但特斯拉也在尋找新的供應商,LG能源解決方案和三星SDI都已經完成了4680電池的樣品開發。同時,為了提高電池的產量,特斯拉已在加州弗里蒙特工廠建立試生產線,為首批搭載4680型電池的車型供貨。而松下之所以無意布局磷酸鐵鋰電池,有業內人士認為,這或與其希望降低對特斯拉的依賴,進行客戶結構調整有關。對于近期蘋果公司與寧德時代及比亞迪就蘋果公司造車項目中的電池供應談判陷入僵局,蘋果公司已考慮與松下合作的傳聞,松下10月25日表示,關于向美國蘋果公司正在研究開發的電動汽車供應車載電池一事,“不否認各種可能性”。消息的可能性在于:松下在美國有電池工廠,且特斯拉逐漸將汽車電池供給業務多元化,讓松下處于邊緣化,曾清空了特斯拉的所有股票。蘋果造車于松下來說是個很好的機會。和蘋果和合作沒有得到證實的同時,松下卻迎來了一位新的客戶。10月27日消息,松下將從2022年起向美國新興純電動汽車企業Canoo供應電池。雙方于10月26日達成供貨協議,松下將持續數年向Canoo提供特斯拉采用的圓柱形電池。但具體供貨量并未公布。據Canoo在美國時間10月25日公布的消息:Canoo將把電池搭載到定于2022年在歐美上市的電動MPV車型“Lifestyle Vehicle”上。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        SES麻省固能CEO:動力電池的未來,最終將走向鋰金屬電池

        記者 | 程迪10月初,據外媒報道,混合鋰金屬電池獨角獸企業SES麻省固能成功建立了第一條試點生產線,以擴大生產高性能solvent-in-salt電解液。據悉,SES是近兩年全球電池產業的投資熱點,目前已經獲得了多家大型車企和能源巨頭的重視,其中不乏通用、現代、起亞、上汽、吉利、天齊鋰業等大公司。今年7月,SES更宣布和艾芬豪資本收購公司達成最終合并協議,并將通過SPAC形式,于121月在紐約證券交易所掛牌上市,成為全球第一家上市的鋰金屬電池公司。SES的混合鋰金屬電池和一般鋰離子電池的最大區別在于負極材料。它可以讓車輛續航提升50%,生產成本降低18%,充電速度也有大幅提升。而此次擴產試點生產線,針對的就是混合鋰金屬電池負極材料中必備的一種特殊的高濃度鋰鹽中溶劑電解質配方,與鋰金屬混合后結構穩定,具有低揮發性和自熄性,更能使混合鋰金屬電池在低溫和高功率下,依舊保持著高能量密度和安全性。更重要的是,由于正極和鋰離電子電池的材料完全一樣,混合鋰金屬電池完全可以采用現成的產業鏈體系,只需更改負極材料或形狀,即可全面對接相關電動車電池產業鏈。SES的混合鋰金屬電池是否代表了動力電池行業的未來?為了更了解混合鋰金屬電池產業,我們對SES創始人兼CEO胡啟朝進行了一次獨家專訪。麻省高材生的全新汽車電池之路Solid Energy Systems麻省固體能源公司(簡稱SES)成立于2012年,是一家電動汽車高性能可充電混合鋰金屬電池開發者及制造商,在材料、電芯、模塊、基于人工智能學習的電池安全算法和電池回收再利用方面也都有涉獵。創始人胡啟朝在2007年獲得了麻省理工學院物理學學士學位,并于2012年獲得了哈佛大學應用物理學博士學位,主攻固態電池方面。圖片來源:SES麻省固能同年,美國電池行業經歷了鋰電池生產商A123公司的破產事件。A123的慘敗讓胡啟朝產生了一個新思路:無論對車企、消費者還是電池公司本身,鋰離子電池可能都不是最好的選擇。在此背景下,胡啟朝創立了Solid Energy Systems麻省固體能源公司,也就是如今SES的前身。公司創立后沒多久,胡啟朝當年入選了當年的《福布斯》雜志的“30位30歲以下精英”。SES創立之初,胡啟朝選擇做的是做全固態鋰金屬電池的另一個原因,是因為這是他從大學時代就開始深耕的熟悉領域。從1990年代初開始,全固態鋰金屬電池的概念就已經出現,比索尼的鋰離子電池還要早。當時,全固態鋰電池指的就是以金屬鋰為負極,在工作溫度區間內所使用的電極和電解質材料均呈固態,不含任何液態組份的鋰電池。早期專業人士認為:與鋰離子體系相比,用鋰金屬做負極的固態電池具有更好的性能,安全性、可回收性以及成本更低。但全固態鋰金屬電池在材料和工藝加工方面,一直存在著極大的困難與挑戰。某種程度上說,全固態鋰電池似乎更像是一個夢想——至今,全球尚無一家電池公司能將這一夢想實現。胡啟朝也是在試錯3年后,決定改做混合鋰金屬電池,即60%的正極材料和鋰離子金屬電池完全一樣,40%的負極采用鋰金屬和特殊電解液材料,這也是混合鋰金屬電池名字的由來。目前,SES是第一家,也是唯一一家公布了第三方測試報告的混合鋰金屬電池公司,包括能量密度、循環、低溫、高溫、安全、快充等一系列測試報告。同時,SES也是全球第一家和車企簽訂A樣品合作開發協議的混合鋰金屬電池公司。目前公司已經在6年內完成了5輪融資。主要投資者包括韓國SK集團、通用汽車、現代汽車、起亞公司、淡馬錫、天齊鋰業、祥峰投資集團、美國應用材料公司和上汽集團等,累計融資近2.7億美元(約合人民幣17.44億元)。今年7月,SES對外宣布與著名的艾芬豪資本收購公司正式合并。合并后的SES,股權價值約為36億美元,同時還獲得了4.76億美元的募資;預計今年11月,SES將在紐約證券交易所以SPAC的方式上市,將累積獲得7億美元左右的資金。合并后的實體公司,將會成為全球少有的幾家動力電池上市公司,更是全球第一家上市交易的混合鋰金屬電池供應商?;旌箱嚱饘匐姵氐降讌柡υ谀睦??從材質上看,鋰離子電池和鋰金屬電池的正極材料完全一樣(一般汽車的正極要占到電池的60%左右)。最大區別就是雙方的負極。鋰離子電池的負極主要是石墨和硅,鋰金屬電池的負極則為鋰金屬和特殊電解液材料——這也是混合鋰金屬電池名字的由來。根據胡啟朝的描述,相比我們熟悉的鋰離子電池,混合鋰金屬電池擁有三點最突出的優勢:第一:技術和資金成本更低。常規鋰離子電池的負極材料需要漿料、涂布、滾壓、干燥等程序,每一個環節都需要大量的設備與時間投入。而SES的鋰金屬電池采用滾壓的方式,將高純度鋰金屬滾壓成比較厚的鋰箔,再按需要逐步滾壓到所需要的厚度。比如,100微米、60微米甚至20微米都可以。整個鋰箔的制備過程都是在干燥環境中進行,無需溶劑,所以設備和環境的要求都會比前者簡單不少。綜合下來,鋰金屬電池的成本,比鋰離子電池的成本低18%左右。第二:能量密度更高。通過滾壓制得的混合鋰金屬電池,第三方檢測報告顯示,在滿足電池壽命和安全要求的前提下,能量密度一般可達到400Wh/kg,而一般鋰離子電池的能量密度在260Wh/kg或280Wh/kg左右,續航里程是常規鋰離子電池的50%以上。比如今年1月通用推出的悍馬電動汽車,用傳統鋰離子電池充一次電后能跑300英里,用混合鋰金屬電池的話,同樣情況下,充一次電可以跑500英里,續航里能程得到大幅度提升。第三:安全性更高。SES混合鋰金屬電池成功地從材料、制造工藝、軟件監控等多個層面提升了電池的安全性。SES專有的獲專利電解液有助于解決幾十年來一直困擾著鋰金屬的采用和進展的問題。隨著反復的充電和放電循環,鋰金屬陽極會形成針狀苔蘚結構的“枝晶”,它可以穿透隔膜并讓電池短路。SES研究出的電解液不僅大大減緩了“枝晶”的生長,而且還將其形態從尖銳的樹枝狀結構變為“密集沉積(Dense Deposition)”,這大大延長電池的生命周期,并提升了安全性。除了電解質之外,SES混合鋰金屬電池單元使用專有的陽極涂層,等于多提供一層保護,并能在充電時使鋰鍍層更密?;旌箱嚱饘匐姵氐恼龢O材料、電解液和鋰離子電池都完全一樣,所以不僅可以采用現在電池企業所采取的措施,從電芯、模組等方面做散熱,還能在正極材料的混合電解液里加入添加劑,來緩解冬季低溫續航方面的問題。軟件層面,SES采用先進的人工智能驅動的算法,可以準確地監測電池單元的健康狀況,并更早地發現任何即將出現的與"枝晶"有關的或其他的安全問題。除了通過選擇更合適的材料提高電池安全,胡啟朝表示:“通過AI軟件監控,我們可以對電池從生產線、質量管理到上車,24小時不停地進行參數監測,從而精確了解電池健康狀況,在安全事故發生之前提前預測?!绷頁缑嫘侣動浾吡私?,由于混合鋰金屬電池的正極材料和鋰離子電池完全一樣,某種程度上,這兩種電池的生產工藝和隔膜原材料也是相同的,甚至混合鋰金屬電池的工藝從極片、電池組裝以及注液,再到生產設備,其實完全是從鋰離子電池行業脫胎而來。因此雙方的產業鏈可以進行對接。再加上SES鋰金屬電池采用的滾壓制備方式,使得其形狀也可做到和適用于高端汽車的高鎳電池、以及針對大眾型汽車的無鎳磷酸鐵鋰等電池完全匹配——即正極材料和形狀,完全可以根據不同市場來改變?!耙粋€更安全、續航里程更高的電池,等于一個更便宜的電池。SES結合了傳統鋰離子電池和全固態鋰金屬電池的優點,開發出的混合鋰金屬電池,既保留了全固態金屬電池的高能量密度優勢,也擁有鋰離子電池生產工藝和可制造性的一些優點?!焙鷨⒊忉?。不過,從壽命周期來看,混合鋰金屬電池和鋰離子電池相差無幾,都在50萬公里以上。當然,一般當下車企給到的明確保證是在16萬公里左右,實際情況是遠高于此。此外,SES也有自己的難點與痛點,就是負極材料的研發。畢竟目前全球極少有企業可以批量生產又寬又薄的鋰金屬材料,因此某種程度上,這種先進正是也代表著混合鋰金屬電池走向全面難以產業化道路上的難點之一。所以,這也將是SES的目前以及未來的主要攻克方向。產品已進入驗證階段,但量產仍尚需時日“綜合來說,混合鋰金屬電池具備了更高密度、成本更低、重量更輕、安全性更高、充電速度更快、智能化水平更高等六大優勢。不少業內專家認為,以硅為負極主要材料之一的鋰離子電池是目前到2025年的主流。以鋰金屬和特殊電解液材料的混合鋰金屬電池則是要到從2025年開始逐漸上升?!焙鷨⒊嬖V界面新聞記者。換言之,混合鋰金屬電池或將是汽車和動力電池行業的共識。而且,目前SES的混合鋰金屬電池已經不止于實驗室階段,開始和部分車企進行產品驗證。所謂產品驗證,其實車企專門針對動力電池研發方面提出的一項極為漫長的驗證過程。一般包含了工程樣品、A樣品、B樣品和C樣品四個階段共10年的漫長周期。通常,5年左右的時間用于工程樣品研發;之后3年為A樣品開發生產,然后是1年B樣品和1年C樣品的開發生產。據了解,SES在去年已經完成了工程樣品第一階段。并在今年3月和通用汽車達成聯合開發協議,在波士頓為后者開發A樣品電池;5月又和現代汽車與起亞簽署聯合開發協議,為現代開發A樣品電池。預計明年將進行A樣品的優化,2023年和2024年分別研發出B樣品和C樣品,2025年正式裝車上路。這一點上,SES的確走在了所有鋰金屬電池開發商的最前面。據悉,SES的A樣品要做到1GWh產能,B樣品和C樣品也是7到10GWh產能。一般而言,量產上車需要做到10GWh就可以量產上車。圖片來源:SES麻省固能SES和通用汽車已經在波士頓擁有了一條1GWh產能的A樣品生產線,而位于嘉定的上海分部未來也將完成也將在年底擴大面積,開始整個A樣品的開發。據胡啟朝介紹,嘉定基地占地面積6000平方米,主要做6Ah和9Ah的小電芯產品開發中心。馬上,這個基地就會擴展到3萬平方米左右,成為SES全球最重要的基地。未來,將涵蓋電解液、鋰金屬負極、正極、電芯、軟件、模組、安全測試等各方面能力。預計今年年底,嘉定基地就將開始生產1GWh產能的混合鋰金屬電池,并成為SES業務布局的核心,從基礎研發、產品開發到生產工藝,乃至打通整個產業鏈。胡啟朝表示:對于鋰離子電池來說,1GWh的產量并不算大,但對于混合鋰金屬電池來說,這將會是全球最大的生產中心。而為了控制產品質量和降低成本,SES未來還會自己生產電芯、材料、模組,甚至電池管理系統、電池安全軟件等配套產品。預計未來上海生產和研發中心的產能還會再進一步擴大,為下一步B和C樣品的10GWh產能做準備。眼下,這家新興電池公司在為自己打開了一扇新世界大門的同時,也為全球車企和相關動力電池行業,打開了一扇新世界的大門。對此,胡啟朝稱:“混合鋰金屬電池替代鋰離子電池并不會是一個一蹴而就非常迅速的過程,而是逐漸替代?!痹谒磥?,動力電池從最初的鉛酸電池到后來的鎳電池,再到當前市場應用最廣泛的鋰電子電池,未來會最終走向鋰金屬電池。目前,SES在全球約有110位職員,研發人員的比例高達90%,其中很多研發人員都曾在大多來自CATL、LG、SK等著名的鋰離子企業工作過。截止今年9月,SES已在波士頓、上海、新加坡和首爾這四座城市設有重要部門。其中,新加坡為控投總部;波士頓的設施分部主要負責與通用的合作,主攻化學、材料和算法研發,以及一家試驗工廠;而位于上海的嘉定工廠分部,承擔的責任與任務最為復雜——既有制造工藝開發,以及電池、模組和BMS研發部門,又有大型試驗工廠。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 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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        鈉離子電池能取代鋰離子電池嗎?

        鈉離子電池是鋰電池的潛在替代品,但鋰離子電池的陽極卻不能為鈉離子電池提供同樣的性能。對于鈉離子電池來說,缺乏結晶結構的無定形碳被認為是一種有用的陽極,因為它有缺陷和空隙,可以用來儲存鈉離子。氮/磷摻雜的碳也具有不錯的電性能。在《Applied Physics Reviews》中,來自浙江大學、寧波大學和東莞理工大學的研究人員描述了他們如何應用原子尺度的基本物理概念來構建鈉離子電池的高性能陽極。摻雜的非晶碳,特別是富電子元素摻雜的非晶碳,是一個很好的儲鈉陽極,但對于鈉存儲的工作原理或摻雜碳的摻雜效果,還沒有獲得一致的解釋。為了尋求答案,研究人員使用能級軌道的概念來解釋吡咯氮和一個磷氧鍵的親和力、它們的原子相互作用、電子分布和電子云配置。為了更近距離地了解獨特的存儲行為,他們應用了第一原理計算,這是一種利用基本物理量來計算物理性質的方法。它基于電子密度函數,這是量子力學的一個概念,可以揭示晶體的分子結構。當他們分析了嵌入在改性碳材料內的鈉離子的電子分布、體系化學參數和吸附能量時,他們發現吡咯氮和磷氧鍵顯示出真正的鈉存儲潛力。研究人員設計了一種水熱處理方法來構建磷-氧結構的前體,然后在碳陽極上摻入雙電子豐富的元素,顯示出增強電池的循環壽命和容量的電化學性能。他們的陽極實現了5000次循環壽命,容量增強到220毫安時/克,并減少了容量損失(0.003%/循環)。論文標題為《Sodium storage behavior of electron-rich element-doped amorphous carbon》。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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        胡勇勝團隊:鈉離子電池標準制定的必要性

        摘 要 :鈉離子電池具有資源豐富、成本低廉、能量轉換效率高、循環壽命長、維護費用低、安全性好等諸多獨特的優勢,能夠滿足新能源電池領域高性價比和高安全性等應用的要求。然而鈉離子電池作為一種全新的化學電源體系,在當前產業化和推向市場之際,國內外無任何可供使用的產品標準或規范,這將會嚴重制約鈉離子電池技術和產業的發展,迫切需要制定相關的國家和行業標準,實現鈉離子電池產品的檢驗規范化和質量標準化,規范市場秩序和推動技術進步。本文首先介紹了全球范圍內鋰資源和鈉資源的形勢;其次,對鈉離子電池所具有的特性和優勢、國內外的技術及產業化發展現狀、存在的問題和未來的發展趨勢進行了詳細說明,并分析了目前全球范圍內鈉離子電池標準的現狀及可供其參考的其他電池體系已有的標準或規范,指出了鈉離子電池標準制定的必要性。最后概括了鋰離子電池標準化工作的發展歷程及借鑒意義,提出了在制定鈉離子電池的標準時可結合其產品特點并借鑒鋰離子電池標準化建設工作的具體建議。關鍵詞: 鈉離子電池;標準;產業化鋰離子電池已經被證明是目前市場上最有影響力的電池產品,被廣泛應用于便攜式電子產品、電動工具和電動汽車等。近年來,隨著這些行業的飛速發展,國內外鋰離子電池的生產制造規模達到了空前高度,并且各大鋰離子電池生產商還在不斷擴大其產能,這必然導致鋰資源的大量消耗和價格上漲,2015年碳酸鋰價格就一度達到了14~16萬元/噸。但是鋰并不是一種豐富的資源,在地殼中的豐度僅約為17 ppm(1 ppm=10-6,余同)(圖1),且分布極不均勻。據美國地質調查局(USGS)2019年最新報告顯示,全球鋰資源儲量約6200萬噸,其中南美洲國家阿根廷占比23.87%、玻利維亞占比14.52%、智利占比13.71%,分別位居全球鋰資源儲量前三,被稱為南美洲地區的“鋰三角”(圖2)。這種鋰資源分布的不均勻性勢必又將導致全球范圍內新一輪的“資源戰爭”,而且按照鋰離子電池現在的發展速度,若不考慮回收,其應用將在幾十年后受到鋰資源的嚴重限制,如果再將鋰離子電池應用到大規模儲能市場,勢必將加速這一過程。圖1   地殼中部分化學元素的豐度圖片圖2   世界主要鋰資源國家的探明儲量和產量占比眾所周知,元素周期表中鈉與鋰是處于同一主族且具有相似物理化學性質的金屬元素,地球上鈉資源儲量非常豐富,元素含量約為23000 ppm,豐度位于第6位(圖1),且鈉分布于全球各地,可完全不受資源和地域的限制,所以在資源方面,鈉離子電池比鋰離子電池具有更大的優勢。此外,鈉離子與鋰離子在電池體系中具有類似的脫/嵌機制(圖3),對鈉離子電池的研究與開發可緩解由鋰資源短缺引發的新能源電池發展受限的問題。雖然在能量密度等方面與目前的鋰離子電池相比還存在差距,然而在低速電動車和儲能應用中成本和壽命是比能量密度更重要的指標,由此可以判斷,鈉離子電池將在低速電動車、大規模電力儲能、5G通信基站、數據中心等應用領域擁有比鋰離子電池更大的市場競爭優勢。圖3   鈉離子電池的工作原理1 鈉離子電池特性盡管鈉是周期表中僅次于鋰的堿金屬元素,但兩者在物理化學性質上的差異(表1)勢必會造成相應電極材料在電化學性能上的差異。較重的鈉離子質量和較大的鈉離子半徑致使鈉離子電池的重量和體積能量密度無法完全與鋰離子電池相媲美,而鈉離子較大的離子半徑也會引起電極材料在離子輸運、體相結構演變和界面性質等方面的差異。因此,為了發揮鈉離子電池自身的特性和優勢,必須探尋不同于鋰離子電池的新的材料體系。表1   鋰與鈉的物理化學性質對比注:1 ?=0.1 nm。然而,鈉與鋰物理化學性質上的差異所帶來的影響不一定都是負面的,在某些方面具體其獨特的優勢:①由于鈉離子與過渡金屬元素離子的半徑差異較大,在高溫下更容易與過渡金屬分離形成層狀結構,使其層狀氧化物的堆積方式具有多樣化。含鋰層狀氧化物多為O型結構,而含鈉層狀氧化物具有豐富的O型和P型材料種類;②很多在含鋰層狀氧化物正極中沒有電化學活性的過渡金屬元素在含鈉層狀氧化物中具有活性。目前僅發現Mn、Co、Ni三個元素組成的含鋰層狀氧化物可以可逆充放電,而具有活性的含鈉層狀氧化物種類相對較多,Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等元素均具有活性且表現出多種性質;③鈉離子在電極材料中的擴散速率并非一定低于鋰離子,擴散速率的快慢與電極材料的晶體結構密切相關;④在充放電過程中,相同構型的電極材料由于傳輸離子的差異會產生不同的相變,特別是鈉離子與空位的有序無序分布將產生重要影響;⑤較大的鈉離子半徑不一定會導致電極材料的體積發生巨大形變;⑥在極性溶劑中鈉離子具有更低的溶劑化能,從而在電解液中具有更快的動力學,具有更高的電導率。另一方面鈉離子的Stokes半徑比鋰離子的小,相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導率,或者更低濃度電解液可以達到同樣離子電導率;⑦鈉離子電池在電池充放電過程中鈉不會與鋁產生電化學合金化反應,因此負極也可以采用鋁箔作為集流體(鋁箔價格約為銅箔的1/3),既有利于電池的安全(避免過放引起的集流體氧化且可以過放電至零伏),又達到了進一步降低電池成本的目的。此外,鈉離子電池電極極片制作時,在鋁箔集流體兩面分別涂覆正極材料和負極材料,并將極片進行周期性的疊片,還可以做成雙極性(bi-polar)電池。這在單體電池中實現了高電壓,可大量節約其他非活性材料,進一步提升電池的能量密度。而且由于鈉離子電池與鋰離子電池相似的結構,在規?;a中可借鑒鋰離子電池的生產檢測設備、工藝技術和制造方法等,可加快鈉離子電池的產業化速度。鈉離子電池在其他方面性能如高低溫性能、安全性能等方面是否存在其自身特點及獨特優勢,仍需進一步挖掘。2 鈉離子電池產業化現狀及發展趨勢2.1 產業化現狀2010年以來,鈉離子電池受到國內外學術界和產業界的廣泛關注。目前,鈉離子電池已逐步開始了從實驗室走向實用化應用的階段,國內外已有超過二十家企業正在進行鈉離子電池產業化的相關布局,并取得了重要進展,主要包括英國FARADION公司、法國NAIADES計劃團體、美國Natron Energy公司、日本岸田化學、豐田、松下、三菱化學,以及我國的北京中科海鈉科技有限公司、浙江鈉創新能源有限公司、遼寧星空鈉電電池有限公司等(圖4)。不同企業所采用電化學體系各有不同,其中正極材料體系主要包括層狀氧化物(如銅鐵錳和鎳鐵錳三元材料)、聚陰離子型化合物(如氟磷酸釩鈉)和普魯士藍類等,負極材料體系主要包括軟碳、硬碳以及軟硬復合無定形碳等。圖4   全球鈉離子電池產業化布局英國FARADION公司較早開展鈉離子電池技術的開發及產業化工作,其正極材料為Ni、Mn、Ti基O3/P2型層狀氧化物,負極材料采用硬碳?,F已研制出10 A·h軟包電池樣品,能量密度達到140 W·h/kg,電池平均工作電壓3.2 V,在80%DOD下的循環壽命預測可超過1000次。美國Natron Energy公司采用普魯士藍材料開發的高倍率水系鈉離子電池,2 C倍率下的循環壽命達到了10000次。但普魯士藍(白)類正極材料壓實密度較低,生產制作工藝也較復雜,其體積能量密度僅為50 W·h/L。由CNRS、CEA、VDE、SAFT、Energy RS2E等多家單位共同參與成立的法國NAIADES組織開發出了基于氟磷酸釩鈉/硬碳體系的1 A·h鈉離子18650電池原型,其工作電壓達到3.7 V,能量密度90 W·h/kg,1 C倍率下的循環壽命達到了4000次。但是釩有毒性且原料成本較高。同時氟磷酸釩鈉電子電導率偏低,需進行碳包覆及納米化,且壓實密度低。此外,豐田公司電池研究部在2015年5月召開的日本電氣化學會的電池技術委員會上也宣布開發出了新的鈉離子電池正極材料體系。三菱化學也與東京理科大學一直在開展關于鈉離子電池方面的合作研究。國內鈉離子電池技術研究也一直處于前列,其中浙江鈉創新能源有限公司制備NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2三元層狀氧化物正極/硬碳負極體系的鈉離子軟包電芯能量密度為100~120 W·h/kg,循環1000次后容量保持率超過92%。依托中國科學院物理研究所技術的中科海鈉公司已經研制出能量密度超過135 W·h/kg的鈉離子電池,電池平均工作電壓3.2 V,在3 C/3 C、100%DOD循環1000次后容量保持率91%?,F已實現正、負極材料的百噸級制備及小批量供貨,鈉離子電芯也具備了MW·h級制造能力,并率先完成了在低速電動車和30 kW/100 kW·h儲能電站的示范應用。2.2 存在的問題及發展趨勢鈉離子電池技術和產業的發展一定程度上可以借鑒鋰離子電池,可謂是“站在了巨人的肩膀上”。然而也要意識到目前在鈉離子電池產品研發和實現其產業化的過程中依然面臨著一些挑戰[]:①目前鈉離子電池處于多種材料體系并行發展的狀態,而其中一些正、負極材料體系加工性能等還有待進一步提高。其中負極無定形碳材料還有首周庫侖效率偏低、儲鈉機理尚未明確等問題。此外,與正負極材料相匹配的電解液體系的開發也不足;②雖然目前鈉離子電池的大部分非活性物質(集流體、黏結劑、導電劑、隔膜、外殼等)可借鑒鋰離子電池成熟的產業鏈,但是對于核心的正負極材料和電解液等活性材料的規?;酪廊蝗笔?,其來料穩定性無法保證,進而影響生產工藝過程和產品質量的穩定性;③相比于鋰離子電池,現有的鈉離子電池體系能量密度還較低,單位能量密度下的非活性物質用量和成本占比會有一定的增加,致使其活性材料的成本優勢無法完全發揮出來;④鈉離子電池可參照鋰離子電池設計及生產工藝技術,但卻無法完全照搬,如鈉離子電池負極使用鋁箔集流體帶來的產品設計、電極制作及裝配工藝等的變化,化成老化工藝區別等;⑤由于鈉離子電池工作電壓上下限與其他成熟電池體系的差異以及較強的過放電忍耐能力等,現有的電池管理系統無法完全滿足鈉離子電池組的使用要求,需要重新設計開發;⑥目前暫無任何正式的有關鈉離子電池的標準和規范發布,影響鈉離子電池制造工藝的規范化及產品質量的一致性,也會導致不同企業之間的產品難以統一和標準化,不利于產品的市場推廣和成本降低。接下來,鈉離子電池的發展將會更加注重于解決產業發展過程中的工程技術問題和開發符合目標市場需求的產品,其相關技術和產業的發展趨勢可以從以下幾個方面來進行考慮。①進一步提高正負極材料體系的綜合性能,并優化改性其生產制備工藝,提高材料穩定性。優化電解液體系,構筑更加穩定的正極|電解質和負極|電解質界面等。②根據不同應用場景逐漸形成對應的主流鈉離子電池體系。同時優化電池設計及生產制造工藝,降低非活性物質的用量,繼續提高電池能量密度、循環壽命以及安全性能。③結合鈉離子電池特點針對性發展并優化適用于鈉離子電池的相關技術體系,包括電芯設計、極片制作、電解液/隔膜選型、化成老化以及電芯評測等技術。④根據鈉離子電池的特性針對性開發相應的電池管理系統,以進一步提升電池組整體壽命以及安全性。同時優化鈉離子電池成組技術,如開發鈉離子電池的無模組電池包(CTP)技術、雙極性電池技術等。⑤聯合更多的科研單位及企業共同攻關,打通鈉離子電池上下游供應鏈,盡早完成針對鈉離子電池的相關必要標準的制定。⑥調整生產規模,優化銷售環節,降低鈉離子電池的單位成本,提高市場的接受程度(尤為重要)。根據現有的鈉離子電池技術成熟度和制造規模水平,將首先從各類低速電動車應用領域切入市場,然后隨著鈉離子電池產品技術的日趨成熟以及產業的進一步規范化、標準化,其產業和應用將迎來快速發展期,并逐步切入到各類儲能應用場景,如可再生能源(如風能、太陽能)的存儲、數據中心、5G通訊基站、家庭和電網規模儲能等領域。3 鈉離子電池標準現狀國際標準包括各類國際標準組織制定的世界范圍內適用的標準、發達國家的國家標準、區域性組織的標準、國際上權威的團體標準和企業標準中的先進標準等。我國的標準一般有國家標準、行業標準、地方標準和企業標準四級。國際上涉及電池相關標準的機構,主要有國際電工委員會(IEC),國際標準化組織(ISO)、聯合國危險貨物運輸委員會(UN/CETDG)等,我國相關機構主要有國家標準化管理委員會、中國電子技術標準化研究院和全國信息技術標準化技術委員會等。通過這些機構所提供的公開系統進行查詢發現,截至目前,未查詢到有專門針對鈉離子電池有關的國際標準、國家標準、行業及地方標準等。這主要是由于全球范圍內鈉離子電池還處于產業化的初級階段,上下游產業鏈還不是十分成熟,導致目前暫無正式的標準或規范推出,但相關企業和從業人員已經逐漸開始關注鈉離子電池標準的布局工作。鈉離子電池與鋰離子電池有相似的工作原理和電池結構等,可以沿用和借鑒現有已成熟的鋰離子電池生產工藝和產業鏈。因此,鈉離子電池作為類似產品在一定程度上可以參照鋰離子電池已發布或引用的相關標準及規范。鋰離子電池經過二十多年的發展,其各類國家、行業和地方標準或規范的覆蓋面已經十分廣泛,全面涉及到了電池的術語和定義、命名規則、產品設計要求、試驗方法、質量評定程序、安全及環境適應性能,標志、包裝、運輸和貯存等方面的內容?,F階段鈉離子電池企業也主要是參照或借鑒這些標準或規范的相關內容(表2),并結合鈉離子電池自身的特性和產業發展情況來制定各自的企業標準或產品規范,以此規范產品設計及制造工藝、確保產品質量的一致性,但這也會導致不同企業之間的產品難以統一和標準化,性能和技術水平參差不齊。表2   可供鈉離子電池參考的相關標準當然,鈉離子電池具有其獨特的性質,完全參考鋰離子電池已發布或引用的標準及規范存在較大的局限性。鈉元素的自然屬性決定了鈉離子電池特性與鋰離子電池不同,主要體現在:①Na+/Na電對的標準電極電位比Li+/Li高約0.3 V,表現在鈉離子電池工作電壓范圍與鋰離子電池的差異,所有參照標準或規范中與此相關的各項參數指標無法通用,需要進行調整;②鈉離子在電池材料中嵌入與脫出動力學性能與鋰離子不完全相同,各類標準中涉及到產品性能檢驗部分的內容需要變更;③鈉離子電池可以采用鋁箔作為負極集流體,不存在過放電的問題,還可在放空電后甚至是零電壓下運輸,因此一些安全測試標準、產品運輸及儲存規范等也不能通用。綜上所述,專門制定適用于鈉離子電池的標準對于其技術和產業的發展意義重大。4 鋰離子電池標準化工作的發展及借鑒意義4.1 鋰離子電池標準發展歷程1991年,日本SONY公司首次推出了18650這種標準型的電池型號,開啟了鋰離子電池的商業化應用,并應用于筆記本電腦、手機、數碼相機等便攜式電子產品。在我國早期的鋰離子電池應用過程中,其產品標準主要參照各生產制造企業的企業標準,后隨著我國鋰離子電池產業規模不斷擴大、產品性能不斷提高,亟需制定統一的鋰離子電池行業或國家標準。1998年,我國電子工業部發布了行業標準《SJ/T 11169—1998鋰電池標準》,首次提到了對鋰離子電池的相關技術要求,但沒有嚴格區分鋰電池(原電池)和鋰離子電池。1999年,我國信息產業部發布了第一個專門針對鋰離子電池的行業標準《YD/T?998.2—1999移動通信手持機用鋰離子電源及充電器充電器》。隨后在2000年,中國電子技術標準化研究院牽頭主導了國家標準《GB/T18287—2000蜂窩電話用鋰離子電池總規范》的制定,這是全球首部關于鋰離子電池的國家標準,對推動我國鋰離子電池的產業和技術發展起到了非常重要的作用。至此,鋰離子電池標準化發展首次經歷了從企業標準到行業標準再到國家標準的過程。近年來,隨著鋰離子電池應用從傳統的便攜式電子設備發展到新能源電動車、儲能系統等領域,單一化的標準體系模式已難以適應。以綜合標準化為原則,鋰離子電池全產業鏈、全生命周期(包括產品回收)、全應用領域標準的制定工作等正在逐步推進。同時,2018年12月,為適應產業發展需求,有關單位提出了籌建全國鋰離子電池及類似產品標準化技術委員會的申請,其中類似產品包括了正在研制開發的鈉離子電池、鎂離子電池、鋰金屬蓄電池和鋰離子固態電池等。綜上所述,根據鋰離子電池標準的發展歷程,作為其類似產品的鈉離子電池的各項標準化建設工作是有跡可循的。4.2 鈉離子電池標準技術體系框架2016年11月,工信部正式發布了《鋰離子電池綜合標準化技術體系》,首次將鋰離子電池及類似產品的標準化工作納入了統一的宏觀規劃。該技術體系將鋰離子電池及類似產品的標準分為了5種:基礎通用、材料與部件、設計與制程、制造與檢測設備以及電池產品。而作為鋰離子電池的類似產品,鈉離子電池在其標準化建設時也可借鑒鋰離子電池的方式建立對應的標準技術體系框架(圖5),完善其標準體系布局。圖5   鈉離子電池綜合標準化技術體系框架綜上所述,雖然現有的鋰離子電池標準或規范不能在鈉離子電池上通用,但鋰離子電池的標準化工作的發展歷程、標準體系的編制原則和構成、發展現狀等對后續鈉離子電池的標準化工作建設具有非常重要的借鑒和指導意義。5 對鈉離子電池標準發展必要性和建議標準的制定和統一,可規范專業用語,起到較好的行業引領作用,帶來規?;越档统杀?,搶占標準化制高點,并有助于服務企業,滿足市場需求。同時電池產品的標準,尤其安全標準是約束產品質量的重要依據,也是規范市場秩序和推動技術進步的重要手段。近年來,低速電動車以及各類儲能應用等領域呈現高速發展的態勢,鈉離子電池憑借獨有的優勢,其研究及產業化迎來了前所未有的機遇。目前已陸續成功在各目標領域開展了示范應用,相關產品也在逐步面向市場推開,與鈉離子電池關聯的產業蓄勢待發,這對制定鈉離子電池相關標準的需求日益迫切。首先,在無鈉離子電池產品相關國家標準、行業標準和地方標準的情況下,當鈉離子電池產品開始進入市場推廣應用時,應由相關企業根據產品特點并結合低速電動車和儲能等目標應用領域的使用要求制定鈉離子電池產品的企業標準,并上報有關行政主管部門審核、備案,以此作為企業組織產品生產、判定產品質量以及銷售的依據??蓮膶I術語、產品開發設計、生產制造、性能指標及檢驗方法、使用方法和注意事項以及貯存運輸等環節入手,并參照和借鑒鋰離子電池的相關標準的情況開展鈉離子電池產品企業標準的制定工作。其次,隨著鈉離子電池產業進入快速發展期,建議各級有關部門將鈉離子電池的標準研究列入科技計劃,給予科研經費支持,引導鈉離子電池領先企業投入人力、物力進行前瞻性研究和布局。同時成立專項小組,由領先企業牽頭起草,在條件成熟適時推出具備科學性、適用性和可執行性的鈉離子電池相關國家、行業和地方標準,統一并規范鈉離子電池產品的技術要求并作為行業準入門檻。同時,在國家提出的“中國標準走出去”戰略指導下,積極向國際有關標準機構提交鈉離子電池國際標準的制修訂項目提案,主導或參與制定鈉離子電池相關國際標準。并爭取國內鈉離子電池標準或者標準中的技術內容被國外標準采納或直接轉化為國際標準,進而提高我國鈉離子電池產業的競爭力,促進整個鈉離子電池產業鏈的健康、可持續發展。最后,根據產業和技術的進一步發展,逐步細分并詳細制定鈉離子電池的各類標準,覆蓋其產業鏈和生命周期(圖6)。從鈉離子電池產業鏈的角度,可以分為原輔材料、電芯、電池管理系統、電池組、檢測及生產設備、工廠設計等標準;從鈉離子電池生命周期角度,可以分為設計、生產、運輸、貯存、使用、回收等標準。與此同時,還應該意識到標準是對一定時期的總結歸納,用以指導產品技術和產業的發展方向。但是由于鈉離子電池技術和產業的不斷發展,相關新技術等的不斷出現,原有的標準可能不能完全適應,進而對產業技術的發展起到反作用,此時需要根據鈉離子電池的技術發展狀態與時俱進,適時開展相應標準的制修訂工作。圖片離子電池標準分類此外,制定鈉離子電池相關標準不僅要基于各階段降成本驅動抑或是大規模標準化生產等的需求,也要為將來電池回收利用及環保等方面進行考慮;同時加強標準數據庫及共享體系的建設,成立公開、透明、關聯的標準共享平臺,并適時推進鈉離子電池標準的國際化,爭取在全球鈉離子電池產業中掌握優先權和主動權。6 結 語鈉離子電池應用技術兼具高性價比和高安全的優勢,當面對即將到來的大規模儲能國家戰略需求以及崛起的智能電網覆蓋下的家庭儲能市場時,可緩解因鋰資源短缺引發的新能源電池發展受限的問題,同時可實現在新型儲能應用中的無鉛化,產業化前景相當樂觀。從競爭格局來看,我國鈉離子電池無論從技術水平還是產業化推進速度在國際上都處于前列,且擁有鈉離子電池核心技術和自主知識產權,自主創新也是標準的靈魂。產業發展,標準先行,事實證明,標準意味著市場認可的新技術與新規范,主導標準者才能占據市場競爭和行業的制高點。在這方面,我國已具備較大優勢,應力爭獲得全球鈉離子電池標準制定的主導權,引領鈉離子電池技術與應用的發展趨勢?,F階段,優先支持部分性能優異的鈉離子電池產品進入國家或地方電池類產品目錄,可盡快推動鈉離子電池的市場化應用,為促進我國新能源電池行業的發展做出貢獻。而標準則可作為鈉離子電池產品進入國家或地方產品目錄的檢驗依據和準入門檻。因此,制定鈉離子電池相關標準刻不容緩。引用本文: 周權,戚興國,陸雅翔等.鈉離子電池標準制定的必要性[J].儲能科學與技術,2020,09(05):1225-1233.ZHOU Quan,QI Xingguo,LU Yaxiang,et al.The necessity of establishing Na-ion battery standards[J].Energy Storage Science and Technology,2020,09(05):1225-1233.

        作者: 周權 胡勇勝等 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。

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 詳情
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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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