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展梟半月刊:新能源行業研究報告第十九期

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展梟半月刊:新能源行業研究報告第十九期

【摘要】:
1、清華大學發現有利于鉀離子電池大規模儲能的陰極材料;2、我國研制出長壽命鋅基液流電池用復合離子傳導膜。1、能量密度提升50%!比亞迪“刀片電池”官宣;2、投資52億元 欣旺達將在浙江建設鋰電池基地;3、投資5億元 捷氫科技氫燃料電池項目在上海啟動。

 

 

 

展梟半月刊

行業動態研究

2020年第5期,總第19期



本期內容導讀:

 

行業焦點:

1、清華大學發現有利于鉀離子電池大規模儲能的陰極材料; 

2、我國研制出長壽命鋅基液流電池用復合離子傳導膜。

 

資訊動態:

1、能量密度提升50%!比亞迪“刀片電池”官宣;

2、投資52億元 欣旺達將在浙江建設鋰電池基地;

3、投資5億元 捷氫科技氫燃料電池項目在上海啟動。

 

國際資訊:

1、加州大學圣地亞哥分校研究出分流方法防止鋰電池著火;

2、日本研制全球首艘鋰電池潛艇并服役;

3、加拿大Li-Cycle交付首批鋰電回收材料。



 

行業焦點

 

1、清華大學發現有利于鉀離子電池大規模儲能的陰極材料                      

  • 近日,清華大學和中科院的科學家發現了一種特殊的陰極材料,這種材料可以用于更穩定的鉀離子電池儲能系統。據悉,這種新材料可以使儲能系統在2000個循環之后仍能夠保留94%的容量,而每個循環的容量衰減僅為0.003%。

  • 鉀離子電池技術成本低、性能好,但迄今為止,它的大規模儲能技術的發展十分有限,原因之一就是缺乏穩定的陰極材料。但作為一種比鋰更加便宜、更加豐富的材料,科學家們也熱衷于開發基于鉀的電池化學物質。

  • 清華大學和中科院的科學小組發現了一塊名為KFeC2O4F的磁阻材料,他們認為,這可能比過去使用的任何材料都更加穩定。這種磁阻材料是局部磁矩或自旋通過相互競爭的交換作用而相互作用的物質,這種相互作用不能同時滿足,因此導致了系統基態的大的簡并度,而基態是粒子、原子或分子的最低能級。

  • 科學小組稱,這種磁鐵有一個類似于普魯士藍類似物(PBAs)的3D開放結構,用于儲能系統時顯示出更好的循環壽命和功率?!叭欢?,這些材料的制備和處理在控制缺陷和水分方面相對困難?!?/span>

  • 科學小組認為,這種新的磁阻材料可以為儲能系統提供穩定的容量,每克112毫安時,在2000次循環后可以保留94%的容量,每一次循環減少0.003%的容量。

  • 當KFeC2O4F陰極與軟碳陽極結合后,制成了一個鉀基的全電池。軟碳陽極的可逆容量約為每克85毫安時,它在200個周期內的衰減能力可以忽略不計,而且具有令人印象深刻的速度。

  • 盡管通過優化電解液系統和使用合適的正極材料等方法也可以進一步提高鉀離子全電池的性能,但這項陰極材料的研究清楚地表明,KFeC2O4F作為鉀離子電池陰極的可行性,未來可用于可持續的大規模儲能應用。

  • 除此之外,《自然》雜志上的一項研究也描述了一種新型的陰極材料——用于制造長循環能力鉀離子電池的氟草酸鹽陰極材料;而由莫斯科斯科爾科沃理工學院(Skoltech)領導的另一項研究展示了鉀離子電池結合金屬離子裝置的高儲能容量和超級電容器的快速充電能力。

  • 科學小組總結道,盡管已經有大量的電池技術被報道,但制造低成本、高性能、功率和能量密度高、運行安全和循環穩定的電池仍然需要努力。對高性能和新型電池系統的深入研究是沒有止境的,且研究能量密度相對較高但成本較低的高性能鉀離子電池是很有必要的。

 

2、我國研制出長壽命鋅基液流電池用復合離子傳導膜

 

  • 此前,該研究團隊發現,通過膜材料電荷特性可實現對鋅沉積方向和形貌的調控,從而大幅度提高鋅基液流電池的循環穩定性。

  • 近日,中國科學院大連化學物理研究所的科研人員在長壽命鋅基液流電池復合離子傳導膜研究方面取得新進展,制備出復合離子傳導膜,可顯著提高鋅基液流電池的循環壽命。相關研究成果發表于《德國應用化學》上。

  • 離子傳導膜是電池的關鍵零部件之一,合理的膜結構設計在提高電池循環穩定性方面發揮著重要作用。中科院大連化物所李先鋒研究員、張華民研究員團隊將具有高導熱性和高機械強度的氮化硼納米片引入多孔基膜中,即在基膜中加入一層氮化硼納米片,制備出復合離子傳導膜。其中,面向負極的氮化硼納米片一方面可使電極表面溫度均勻分布,調節鋅沉積形貌由尖銳的“樹枝狀”變為柔和的“薯條狀”;另一方面,氮化硼納米片機械強度高,可有效阻擋過度生長的尖銳鋅枝晶,避免其對膜材料造成破壞。這兩方面的協同作用可顯著提高電池的循環壽命。

  • 據介紹,利用該膜組裝的堿性鋅鐵液流電池,在80毫安每平方厘米電流密度條件下,穩定運行500次充放電循環近800小時時并未明顯衰減,即使在200毫安每平方厘米電流密度條件下,能量效率也超過80%,這對鋅基電池中鋅負極的調控具有重要的借鑒意義。

  • 鋅基液流電池儲能技術因具有成本低、安全性高、環境友好等特點,在分布式儲能領域展現出良好的應用前景。但由于鋅離子在負極被還原時,易沉積形成如樹枝狀、苔蘚狀、層狀等不同形貌的金屬鋅,其中具破壞性的樹枝狀金屬鋅即“鋅枝晶”生長到一定程度,便會刺破離子傳導膜,造成電池循環壽命下降。

 

 

 

資訊動態

 

1、能量密度提升50%!比亞迪“刀片電池”官宣

 

  • 日前,我們從比亞迪官方公眾微信號獲悉,3月29日下午,比亞迪將在深圳衛視舉行刀片電池超級發布會。

  • 據介紹,中科院院士歐陽明高、比亞迪創始人王傳福和比亞迪副總裁、弗迪電池董事長何龍將出任本次發布會,并對這項新能源汽車電池技術做詳細解析。

  • 此前消息顯示,“刀片電池”是比亞迪最新開發的新一代磷酸鐵鋰電池,其采用自家研發的長度大于 0.6 米的大電芯,電池單體同樣向大容量進化,但電芯形狀更加扁平、窄?。ㄩL邊可以定制變化,單體最大穩定長度可以達到 2100 mm),通過陣列的方式排布在一起,就像“刀片”一樣插入到電池包里,故被稱之為“刀片電池”。

     

     

  • 另外,“刀片電池”在體積比能量密度上比傳統鐵電池提升了 50 %,成本下降 30 %,整車壽命可達百萬公里以上。

  • 與此同時,比亞迪 CTP 電池技術與磷酸鐵鋰電芯結合,將會帶來更好的耐溫性同時也降獲得穩定的續航里程,成本的減少也將為車輛帶來更強的競爭力或是更好的利潤空間。

  • 據悉, 比亞迪“刀片電池”將會率先搭載在漢EV上,新車NEDC續航超過了600公里,計劃于2020年中上市。

 

2、投資52億元,欣旺達將在浙江建設鋰電池基地

 

  • 3月25日,欣旺達發布公告稱,公司已于今日與浙江省蘭溪市人民政府簽署《項目投資協議書》。根據協議,公司計劃在浙江蘭溪投資52億元建設鋰離子電池項目。

  • 欣旺達表示,此次對外投資是公司的戰略需要,有利于實現公司生產基地的全國化布點,貼近客戶進行生產服務。據電池中國網了解,欣旺達目前已在深圳、惠州、南京等地有多個鋰電池項目生產基地。

  • 協議顯示,欣旺達與浙江省蘭溪市人民政府將共同出資新建浙江欣旺達新能源科技有限公司(暫定名,以下簡稱“浙江欣旺達新能源”),浙江欣旺達新能源注冊資本金計劃10億元,其中欣旺達擬以自有資金出資6億元,擁有60%的股權成為浙江欣旺達新能源控股股東。

  • 根據協議,雙方將共同建設浙江欣旺達鋰離子電池項目,項目計劃投資人民幣52億元,建設日產80萬支鋰離子電池項目。據電池中國網了解,項目將分三期建設。其中,一期計劃投入 16 億元,建設鋰離子電池約 20 萬只/天產線及相關配套設施;二期計劃投入 18 億元,建設鋰離子電池約 30 萬只/天生產線相關配套設施;三期計劃投入 18 億元,項目將新增鋰離子電池約 30 萬只/天生產線相關配套設施。

  • 3月25日,對于欣旺達或許有著特殊的意義。值得一提的是,2019年3月25日,欣旺達曾宣布將投資120億元在江蘇南京建設鋰電池項目。據電池中國網了解,欣旺達南京項目同樣分為三期建設,其中一期計劃投入35億元,建設約8GWh電芯和8GWh電池系統生產線項目;二期計劃投入40億元,項目將新增10GWh電芯和10GWh電池系統生產線;三期計劃投入45億元,項目將新增12GWh電芯和12GWh電池系統生產線;項目達產后可形成30GWh的產能。

  • 作為傳統消費類電池巨頭企業之一,近年來欣旺達在新能源汽車動力電池領域也在持續發力。動力電池應用分會數據顯示,2019年欣旺達新能源汽車動力電池裝機量為645.01MWh,位居國內裝機量排名第10,同比增長580.02%,增長速度明顯高于其他企業。

  • 此外,公司相關產品也已經進入國際主流車企供應鏈。如2019年,公司成功進入由雷諾、日產和東風三家成立的合資公司——易捷特新能源汽車有限公司,以及雷諾-日產聯盟的動力電池供應商定點采購名單,未來6年將為上述車企超過150萬輛電動汽車提供動力電池。

  • 欣旺達公布2019年度業績數據顯示,公司2019年實現營業收入252.69億元,比上年同期增長24.24%;實現歸屬于上市公司股東的凈利潤 7.86億元,比上年同期增長 12.12%。

  • 公告還顯示,欣旺達還將出資新建全資子公司浙江欣旺達電子有限公司(暫定名),浙江欣旺達電子注冊資本金計劃1億元,由欣旺達獨資建設。

 

3、投資5億元 捷氫科技氫燃料電池項目在上海啟動

  • 2019年6月,上海市嘉定區推出了《氫燃料電池汽車產業集聚區規劃》和《氫燃料電池汽車產業發展扶持政策(試行)》,對落戶該地區的氫能產業給予全方位支持,力爭到2025年,嘉定氫能及燃料電池汽車全產業鏈年產值突破500億元。
  • 3月16日,上海捷氫科技有限公司燃料電池項目啟動儀式在嘉定區舉行。據捷氫科技介紹,本次氫燃料電池項目位于嘉定氫能港,項目總投資5億元,建成后園區將實現研發辦公、測試驗證、中試生產、氫氣供應四大功能。一期產能將達到12000套,計劃于2021年8月投產,預計2024年實現產值12億元。
  • 捷氫科技表示,該項目的開工將進一步補全公司的研發、制造能力,并將通過規?;?、批量化進一步優化產品成本、提升產品質量,加速上汽燃料電池產品的產業化進程。
  • 資料顯示,捷氫科技成立于2018年6月27日,是上汽集團內部孵化的一家主營為研發、生產、銷售燃料電池系統及工程服務企業。作為一家集燃料電池電堆和系統研發、生產、采購、銷售等于一體的自主創新科技企業,目前該公司自主研發的燃料電池系統產品PROME P390,其電堆功率達到115kW,體積功率密度達到3.1kW/L,可實現零下30℃低溫啟動,處于業內領先水平。
  • 2019年6月,嘉定區與捷氫科技戰略合作簽約,捷氫科技選址氫能港區域建設氫燃料電池項目,主要從事氫燃料電池系統產業化,具備燃料電池系統及相關零部件的研發、試驗、生產和供氫四大功能。
  • 據電池中國網了解,目前捷氫科技已與上汽大通、躍進、上汽紅巖、南京依維柯、申沃客車、中車時代等眾多整車企業達成合作,其產品將應用于多款車型。今年以來,國家工業和信息化部公布的第328批、329批《道路機動車輛生產企業及產品公告》中,捷氫科技配套有三款燃料電池車型和底盤產品入圍。

 

 

國際資訊

 

1、加州大學圣地亞哥分校研究出分流方法防止鋰電池著火

  • 加州大學圣地亞哥分校的納米工程師開發了一種安全特性,可以防止鋰金屬電池在內部短路時迅速升溫并著火。由加州大學圣地亞哥分校納米工程學教授劉平和他的博士生馬修岡薩雷斯領導的研究人員在《先進材料》雜志上發表了一篇論文,詳細介紹了他們的工作。

  • 該團隊對電池中被稱為隔膜的部分進行了巧妙的調整,隔膜是電池正極和負極之間的屏障,這樣一來,當電池短路時,電池內部積聚的能量(也就是熱量)流動就會減慢。

  • 論文第一作者岡薩雷斯說:“我們并不是試圖阻止電池故障的發生。我們只是讓電池變得更加安全,這樣當它發生故障時,電池就不會災難性地著火或爆炸”。

  • 鋰金屬電池在反復充電后,陽極上會出現樹突的針狀結構。隨著時間的推移,樹突生長得足夠長,穿透隔膜,在陽極和陰極之間架起一座橋梁,導致內部短路。當這種情況發生時,兩個電極之間的電子流動失去控制,導致電池立即過熱并停止工作。

  • 加州大學圣地亞哥分校的研究小組發明的隔板基本上緩解了這種現象。一面覆蓋著一層薄的、部分導電的碳納米管網,它可以攔截任何形成的樹突。當一個樹突刺穿隔膜并撞擊碳納米管網時,電子就有了一個通道,它們可以慢慢地排出,而不是一下子直接沖向陰極。

  • 岡薩雷斯將新的電池分離器比作大壩上的泄洪道。他說:“當大壩開始潰決的時候,就會打開溢洪道,讓一些水以一種可控的方式流出來。這樣,當大壩真的決堤并外溢的時候,就沒有多少水可以引發洪水了。這就是我們的分離器的想法,大幅降低電荷的排出速度,防止電子“泛濫”到陰極。當樹突被分離器的導電層攔截時,電池就會開始自我放電,這樣當電池短路時,就沒有足夠的能量來產生危險了?!?/span>

  • 其他的電池研究工作集中在用足夠堅固的材料來阻擋樹突的穿透來制造分離器。但岡薩雷斯說,這種做法的一個問題是,它只是延長了不可避免的結果。這些分離器仍然需要有孔,讓離子通過,以便電池的工作。因此,當樹突最終通過時,短路將變得更糟。

  • 在測試中,安裝了新分離器的鋰金屬電池在20到30次循環中顯示出逐漸失效的跡象。與此同時,電池與一個正常(和略厚)分離器經歷突然故障在一個周期。

  • “在一個真實的用例場景中,你不會有任何關于電池即將失效的預先警告。前一秒可能還好,下一秒就會著火或完全短路。這是不可預測的,”岡薩雷斯說?!暗辛宋覀兊姆蛛x器,你就會提前得到警告,電池越來越差,越來越差,越來越差,每次充電都是如此?!?/span>

  • 雖然這項研究的重點是鋰金屬電池,研究人員說,這種分離器也可以用于鋰離子和其他電池化學反應。研究小組將致力于優化分離器的商業使用。加州大學圣地亞哥分校已經為研究申請了一項臨時專利。

     

2、日本研制全球首艘鋰電池潛艇并服役

 

  • 日前,科技日報報道稱,近日,日本海上自衛隊接收了最新一艘蒼龍級常規動力潛艇“凰龍”號。據報道,“凰龍”號是世界上第一艘使用鋰電池作為動力的潛艇,這可以讓它在水下潛航時間大幅延長。

  • 據了解,“凰龍”號常規動力潛艇在維持規格和航速不變的情況下,使用鋰離子電池替換掉整個斯特林發動機的AIP動力系統和鉛酸蓄電池。

  • 由于受國際條約和法律法規限制,日本不能發展核潛艇,因此只能在常規潛艇技術上嘗試各種創新和突破。此次使用鋰電池作動力可以說是一次全新的嘗試。

  • 不過,雖然“凰龍”號的出現意味著日本已經在鋰電池相關技術上取得突破,但由于鋰電池對壓力、溫度和通風散熱具有較高的要求,因此,有專家分析稱,目前這種以鋰電池作為動力的潛艇批量裝備還為時尚早,日本方面還需進行長期的測試、試驗和改進,其后的蒼龍級潛艇才會大規模使用鋰電池技術。

     

3、加拿大Li-Cycle交付首批鋰電回收材料

 

  • 近日,加拿大的鋰循環回收公司Li-Cycle宣布,它已經完成了首次回收鋰電電池材料的商業交付。Li-Cycle表示能夠回收鋰離子電池中80%以上的元素。同時,Li-Cycle的Kunal Phalpher表示,歐洲和中國電池公司使用的諸多電池回收工藝基于高溫冶金,如將電池組件熔煉下來,這種方法的回收率僅為30%-40%。

  • 第一批回收材料是在Li-Cycle位于加拿大安大略省的工廠中提取的,并準備再次交付。Li-Cycle回收的材料是鈷、鎳和鋰等金屬。Li-Cycle將回收方法描述為采用機械和濕法化學方法的兩階段過程。

  • 首先要用機械方法縮小電池尺寸。Phalpher表示:“把它們切碎,去掉塑料和金屬,就得到了電極材料中金屬碎片的精華所在?!?/span>

  • 這種粉碎工藝甚至可用于充電電池,這意味著,電池從客戶運送到Li-Cycle工廠之前,電池的放電過程不需要浪費勞力、財力。

  • 第二步是利用濕法冶金、濕法化學工藝進行電池回收:把金屬碎片一個接一個地去除有價值的成分,如碳酸鋰、鋰、鈷、銅、鋁、石墨、鐵,磷酸鐵。Phalpher指出,這種高溫冶金工藝實際上并沒有回收鋰。

  • 有了這種方法,就可以在鋰離子光譜中回收所有不同類型的陰極和陽極化學物質,而不需要根據特定的化學物質進行分類。

  • 除了在加拿大的工廠外,Li-Cycle還計劃在今年年底前在紐約州羅切斯特市建立另一家加工廠。公司還打算積極探索“國際機遇”。

  • 目前,世界各地的公司都在開發關鍵電池材料的第二來源。就在三月初,富騰工程(Fortum)、巴斯夫(BASF)和Nornickel宣布了一項從鋰離子電池中回收貴重金屬的聯合計劃。Eramet、巴斯夫(BASF)和蘇伊士(SUEZ)以及奧迪(Audi)和優美科(Umicore)也在尋求類似的項目。在德國,一個由巴登-符騰堡州的13個合作伙伴組成的團隊正在開發一個機器人輔助拆解工廠,用于回收電池和電動汽車。

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