最低零下70℃,最高80℃!抗冻又耐热的新型锂离子电池在深圳量产
来源:【读特】
受得了炎热气候、扛得住冰天雪地、充电快速、成本还低,如此“能打”的锂电池是真实存在的!5月24日,记者从中国科学院深圳先进技术研究院获悉,该院碳中和(筹)研究所唐永炳研究员团队的一项新型锂离子电池技术,于2022年5月24日完成了规模化量产。统计数据表明,本次规模化量产的产品合格率达到99.11%,过程各工序合格率均99%以上。
团队表示,这是我国首款具有宽温域、低成本、长寿命的电芯产品,有望打破电池产业格局。
新型电池高低温性能测试(左:-70℃测试,右:80℃测试)↑ (先进院供图)
从汽车到电子产品,锂离子电池早已渗透到人们生活,为衣食住行提供“动力”。据工信部赛迪研究院近日发布的《2021中国锂电产业发展指数白皮书》显示,我国已连续五年成为全球最大的锂电池消费市场。
然而,受电池关键材料的限制,目前锂离子电池的一大局限是,在零度以下的低温条件下无法充电,而在50℃以上的高温条件下,安全性又不能保障。我国幅员辽阔,气温随地域和季节变化大,北方地区冬季温度可以低至-40℃以下,而南方地区夏季地表温度高达50℃以上,冬季电动车无法启动、智能手机自动关机,夏季电动车自燃等情况频发。
为此,唐永炳研究员团队历时近10年,研发出了既抗冻又耐热的新型锂离子电池技术,最低工作温度可以达到-70℃,而最高工作温度高达80℃,而且低温与高温性能可以同时兼顾。
据悉,该产品的高低温性能、循环寿命、安全性能等各项指标,均已通过第三方权威机构检测,并获得ISO9001、GB31241-2014、IEC 62133-2:2017、UN38.3等标准和资质认证。
研发关键负极材料
新型电池“新”在何处?团队主要从负极材料和电解液上下功夫。
据了解,目前电池的正极材料相关技术已接近“天花板”,要提升性能,负极材料尚有发展空间。为此,团队研发了一种新型铝基复合负极材料,通过与商用锂离子电池正极材料匹配,针对不同应用场景,成功开发出了新型锰酸锂、磷酸铁锂和三元电池等产品。
“我们开发的电池产品除了耐热抗冻的特性以外,还具有高安全、长续航、快充和低成本的优势。”该团队表示。
在安全性能方面,常规锂电池随着不断使用,内部会产生锂枝晶,既影响充电能力,还可能刺穿隔膜,带来电池短路等隐患。而团队开发的新型铝基负极,在低温和过充条件下能有效缓解锂枝晶的产生,提高了安全性。
在续航性能上,得益于铝基负极材料高的理论容量,该电池能量密度较传统锂离子电池提升13%~25%,能做到长续航。此外,由于铝基复合负极优异的导电性能,产品还表现出不俗的快充性能,20分钟即可充满电,为半小时充电需求提供了解决方案。
在成本方面,基于铝基复合负极的性能优势,并结合开发的高性能电解液,低温电池产品可以摆脱对昂贵的纳米级正极材料的依赖,电池成本可以降低10%-30%。
应用场景“上天入地”
据悉,本次量产是应某电动车客户要求,提供了批量电芯进行深度性能评估,相关性能评估已满足使用需求。
事实上,紧贴市场需求,是团队一直以来的坚持。“有些场景需要零下40摄氏度也能正常充放电,而有些则在长循环方面提出了更高要求。围绕核心技术,结合实际情况,我们对产品不断作出调整。”团队表示。相关产品可以应用于光伏储能、家庭储能、通讯基站储能、轨道交通、国防建设、航天航空、极地科考等领域,尤其适用于高寒地区及亚热带地区,显著扩大了电池的应用范围。
据悉,相关研究成果在Nature Chemistry, Nature Communications, Advanced Materials等国际期刊,已发表高水平SCI论文90余篇(影响因子>10论文60余篇);同时围绕相关技术进行了系统全面的知识产权布局,形成了180余项包括PCT专利、中国发明专利、美欧日韩专利在内的专利池,已获得授权专利120余项。
此外,据深圳先进院转化处处长吴小丽介绍,基于新型电池技术,团队的23项相关专利依托深圳先进院,以知识产权作价6500万元,成功实现了技术转移转化,于2017年3月成立了深圳中科瑞能实业有限公司(简称“中科瑞能”),获现金投资2500万元,注册资本1亿元。目前,项目正在进行增资扩股洽谈,进一步建成新型电池规模化产线,快速推动新型电池产品在多个领域的应用。
国际储能材料及电化学著名权威专家、美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授在其综述论文中指出,“该成果首次提出了双功能铝基负极的概念,匹配商业化正极如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等,电池表现出优异的长循环稳定性,使得铝基电池具有巨大的应用潜力”。
(原标题《抗冻又耐热,深圳先进院新型锂离子电池成功量产》)
(作者:深圳特区报记者 闻坤)
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赛迪发布“遂宁指数”:中国锂电产业进入调整和加速出海阶段
本报记者 党鹏 四川遂宁报道
“国内资源供应保障形势依然严峻,国内锂资源开发量仅能满足国内锂冶炼33%的需求;境外资源开发风险加剧,随着资源民族主义与逆全球化思维回潮,西方国家在加速构建自主产业链供应链的同时,挤压我国境外锂资源开发投资,我国企业境外锂资源开发风险进一步上升。”6月27日,在四川省遂宁射洪市举办的2024国际锂电新能源产业大会上,中国有色金属工业协会原会长陈全训提出了对当前锂电产业的看法和几点建议。
6月27日,2024国际锂电新能源产业大会在四川省遂宁射洪市举办。党鹏/摄影
在大会上,赛迪顾问总裁付长文发布的“遂宁指数”认为,目前我国锂电产业正在进入调整阶段,锂电产业投资热度降温,但是中国企业正在加速出海,产业链加速整合是当前锂电产业的特征。
“遂宁指数”是全国首个以地名冠名的全国性锂电产业指数,结合地方实际需求持续迭代研究维度与平台功能,年度加季度双周期高频次发布。赛迪咨询《2023中国锂电产业发展指数》显示,目前,遂宁市拥有天齐锂业等锂电企业60余家,各类锂电项目60余个,总投资超千亿元,成为国内锂电产业重镇。
锂电行业面临多方面挑战
近期,国内碳酸锂价格一直是跌跌不休,每吨10万元、9万元的价格关口持续被击穿,就此,部分相关企业宣布停产检修。
据统计数据,碳酸锂从2023年年初均价约50万元/吨,持续下跌至4月初18万元/吨左右才止跌。去年7月,碳酸锂期货在广州期交所上市以后,因为对市场的悲观情绪以及供应投产增量大于需求增速,使得锂化合物价格持续下探,其中碳酸锂价格截至6月份最低跌至8.73万元/吨。
“从短缺到过剩,锂价巨幅波动重创产业链。”中州期货总经理陈杨发在此次会议上表示,国内锂电产业之痛主要在于锂矿对外依存度高、下游企业缺乏议价能力、政策红利逐渐消退、行业竞争加剧、贸易模式较为单一等因素。
在大会上,国家智能制造专家委员会主任苏波表示,中国锂电池行业已经形成了技术先进、产业链完整、有较强竞争力的产业体系,但要做好应对出口逐渐减少带来的风险。为推动锂电产业高质量发展,苏波建议从三方面发力:一是坚持创新驱动发展,培育发展新质生产力;二是深入实施绿色制造,加快锂电产业绿色低碳发展;三是加强国际合作与交流,积极拓展国际市场。
“我国锂资源的进口依存度很高。”中国工程院院士郑绵平也表达了类似的观点,以2021年为例,我国锂原料的对外依存度达到66.7%。郑绵平表示,在当前复杂多变的国际政治经济局势下,我国更应该建立安全且具有韧性的锂资源供应链体系,确保动力电池产业链的健康可持续发展。
对此,陈全训认为,我国要不断夯实资源基础,提升产业链供应链韧性和安全水平。对内要加大锂资源调查评价及勘查力度,聚焦西藏、青海、新疆、四川、江西等重点锂成矿带,全面梳理并加快协调推动解决国内锂资源开发瓶颈问题,积极有序开发国内锂资源。对外要坚持开放包容合作,克服各种阻力障碍,有序参与境外锂资源开发,避免无序竞争。同时,要加快推动锂产业绿色低碳转型,擦亮新型工业化底色;加强行业自律与产业协调,促进上下游协调有序发展;加强技术创新,加快发展新质生产力;要适应形势变化,用好风险管理工具等。
国内市场正处于调整期
目前,我国是锂电池产销第一大国,锂电产业链体系成熟度高,拥有全球70%左右的电池产能。2023年,全球锂电池产量为1210GWh,而中国锂电池产业规模达940GWh。
付长文认为,目前,“遂宁指数”显示我国锂电产业存在5个方面的特征:
“首先是锂电指数出现波动回落,行业进入深度整合。从市场潜力、资本热力、创新动力、供给能力、主体活力五个维度,呈现出高位回落,略低于2023年同期水平。”付长文表示,2023年,除新能源汽车之外,其他领域的需求开始对锂电产业发展产生深刻影响,国内外市场需求剧变,推动锂电产业进入深度调整阶段。
其次,中国锂电市场领跑全球,中国企业加速出海。“中国仍是全球最大的锂电池制造国,七年蝉联全球最大锂电池消费市场。2023年,锂电池是中国出口‘新三样’之一,海外市场迅速扩大,欧洲和美国动力电池市场需求激增,已经成为中国企业境外投资主要目的地,‘一带一路’沿线地区储能市场率先破局。”付长文表示。
第三,目前磷酸铁锂电池仍占主导地位,“动力+储能”双赛道并行。其中,磷酸铁锂电池呈现产量、占比、增速“三高”,三元电池增长放缓,其他类锂电池产量翻倍,锂电池技术路线日渐多元。2023年,中国动力电池产量为储能电池的3倍,但同比增速仅为储能电池的二分之一,储能电池需求激增。
第四,供需变化引起价格震荡,产业链供应链加速整合。
第五,锂电产业投资热度降温,新增投资向资源富集地和沿海聚集。其中,锂电产业投资总额和项目平均规模下降,江苏、四川投资热度位列全国前两位,内蒙古、山东成为投资新宠。
对于未来锂电产业的发展趋势,赛迪方面预判:动力电池持续增长,储能电池需求加速放量;电池体系全面升级,不同技术路线在不同领域并行发展;需求迭代推动设备更新,数智技术赋能产业升级;回收利用与产业链其他环节一体化整合趋势明显;低空经济等未来产业风起,与锂电池新技术周期“双向奔赴”;规范化与市场化并行,助推锂电产业高质量发展。
遂宁构筑千亿“锂”想
“前几个月,公司每天都有3万—4万只电芯发往长城、吉利、宝马等车企。”在遂宁经开区蜂巢能源科技(遂宁)有限公司生产车间,数条自动化生产线马力全开加紧生产。该公司总经理霍保立介绍,公司目前生产线都处于满产状态,以电芯产品为例,一个月产能可达100余万只,一季度产值实现6亿元。
蜂巢能源产值产量实现快速增长,得益于投产后公司坚持研发为本,致力于通过创新性技术提升制造效率,不断输出优质产能,为客户打造更具性价比的电池解决方案。其中,蜂巢能源自主研发的“无钴电池包”产品成为全球首款无钴锂电池,受到东风汽车、小鹏汽车、理想汽车等众多汽车品牌的青睐,并达成稳定的合作关系。
近年来,遂宁射洪市剑指锂电产业,并取得了显著的成绩。作为川渝唯一没有锂矿却掌握锂资源的地区,遂宁全市锂资源拥有量约占全球20%,成为聚合锂电产业高质量发展的聚集地。遂宁方面计划,到2025年,锂电全产业链年营业收入率先突破千亿元;到2030年,锂电产业关键领域在全球地位持续巩固,建成具有世界影响力和引领力的“锂电之都”。
赛迪咨询《2023中国锂电产业发展指数》显示,2023年,遂宁锂电产业增加值增速达到21.8%,产业规模约占四川省的四分之一。遂宁市推动锂电产业集聚集群集约发展,现已形成“锂资源开发—锂电材料—锂电池—终端应用—梯次回收利用”全生命周期产业链条,成为国内锂电产业链最完善的集中发展区。
“目前,遂宁锂资源掌控量约1600万吨,成为产业聚集的吸引源。”遂宁市经信局相关负责人介绍,依托上游锂资源优势,遂宁吸引了湖南裕能、龙蟠科技、富临精工等10家龙头企业入驻,拥有锂电相关企业39家、产业项目50个,锂离子电池产能规模增长至13GWh。
此外,遂宁分别在安居、蓬溪、射洪三个市(县)建设磷酸铁锂生产基地,已建产能超46万吨,2023年产量约占全国市场18%,成为全国最大的磷酸铁锂生产基地。
作为遂宁锂电产业的核心区,射洪市的头部企业就是天齐锂业。“射洪锂电产业链发展还不均衡,上游锂材料环节发展相对强势,中游的电池产品集成、下游的终端应用等环节虽然有企业布局,但缺乏旗舰型、核心型企业引领。”射洪市政府人士表示,今年射洪坚持延链招商,以“上游”引“下游”,以需求引投资,重点吸引生产设备、动力电池、储能电池和新能源汽车等龙头企业落户,形成了“以材料、带电池、促整车”的全产业链发展格局。
2023年,射洪市锂电产值突破600亿元。在当天的锂电大会上,国家锂电材料及产品质量检验检测中心正式启用,并举行了成渝地区2024年锂电产业重点项目校企政府签约仪式,发布了成渝地区锂电产业新产品新技术供需清单。
编辑:董曙光 审核:吴可仲 校对:刘军
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