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展枭半月刊:新能源行业研究报告第十九期

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展枭半月刊:新能源行业研究报告第十九期

【摘要】:
1、清华大学发现有利于钾离子电池大规模储能的阴极材料;2、我国研制出长寿命锌基液流电池用复合离子传导膜。1、能量密度提升50%!比亚迪“刀片电池”官宣;2、投资52亿元 欣旺达将在浙江建设锂电池基地;3、投资5亿元 捷氢科技氢燃料电池项目在上海启动。

 

 

 

展枭半月刊

行业动态研究

2020年第5期,总第19期



本期内容导读:

 

行业焦点:

1、清华大学发现有利于钾离子电池大规模储能的阴极材料; 

2、我国研制出长寿命锌基液流电池用复合离子传导膜。

 

资讯动态:

1、能量密度提升50%!比亚迪“刀片电池”官宣;

2、投资52亿元 欣旺达将在浙江建设锂电池基地;

3、投资5亿元 捷氢科技氢燃料电池项目在上海启动。

 

国际资讯:

1、加州大学圣地亚哥分校研究出分流方法防止锂电池着火;

2、日本研制全球首艘锂电池潜艇并服役;

3、加拿大Li-Cycle交付首批锂电回收材料。



 

行业焦点

 

1、清华大学发现有利于钾离子电池大规模储能的阴极材料                      

  • 近日,清华大学和中科院的科学家发现了一种特殊的阴极材料,这种材料可以用于更稳定的钾离子电池储能系统。据悉,这种新材料可以使储能系统在2000个循环之后仍能够保留94%的容量,而每个循环的容量衰减仅为0.003%

  • 钾离子电池技术成本低、性能好,但迄今为止,它的大规模储能技术的发展十分有限,原因之一就是缺乏稳定的阴极材料。但作为一种比锂更加便宜、更加丰富的材料,科学家们也热衷于开发基于钾的电池化学物质。

  • 清华大学和中科院的科学小组发现了一块名为KFeC2O4F的磁阻材料,他们认为,这可能比过去使用的任何材料都更加稳定。这种磁阻材料是局部磁矩或自旋通过相互竞争的交换作用而相互作用的物质,这种相互作用不能同时满足,因此导致了系统基态的大的简并度,而基态是粒子、原子或分子的最低能级。

  • 科学小组称,这种磁铁有一个类似于普鲁士蓝类似物(PBAs)的3D开放结构,用于储能系统时显示出更好的循环寿命和功率。“然而,这些材料的制备和处理在控制缺陷和水分方面相对困难。”

  • 科学小组认为,这种新的磁阻材料可以为储能系统提供稳定的容量,每克112毫安时,在2000次循环后可以保留94%的容量,每一次循环减少0.003%的容量

  • 当KFeC2O4F阴极与软碳阳极结合后,制成了一个钾基的全电池。软碳阳极的可逆容量约为每克85毫安时,它在200个周期内的衰减能力可以忽略不计,而且具有令人印象深刻的速度。

  • 尽管通过优化电解液系统和使用合适的正极材料等方法也可以进一步提高钾离子全电池的性能,但这项阴极材料的研究清楚地表明,KFeC2O4F作为钾离子电池阴极的可行性,未来可用于可持续的大规模储能应用。

  • 除此之外,《自然》杂志上的一项研究也描述了一种新型的阴极材料——用于制造长循环能力钾离子电池的氟草酸盐阴极材料;而由莫斯科斯科尔科沃理工学院(Skoltech)领导的另一项研究展示了钾离子电池结合金属离子装置的高储能容量和超级电容器的快速充电能力。

  • 科学小组总结道,尽管已经有大量的电池技术被报道,但制造低成本、高性能、功率和能量密度高、运行安全和循环稳定的电池仍然需要努力。对高性能和新型电池系统的深入研究是没有止境的,且研究能量密度相对较高但成本较低的高性能钾离子电池是很有必要的。

 

2、我国研制出长寿命锌基液流电池用复合离子传导膜

 

  • 此前,该研究团队发现,通过膜材料电荷特性可实现对锌沉积方向和形貌的调控,从而大幅度提高锌基液流电池的循环稳定性

  • 近日,中国科学院大连化学物理研究所的科研人员在长寿命锌基液流电池复合离子传导膜研究方面取得新进展,制备出复合离子传导膜,可显著提高锌基液流电池的循环寿命。相关研究成果发表于《德国应用化学》上。

  • 离子传导膜是电池的关键零部件之一,合理的膜结构设计在提高电池循环稳定性方面发挥着重要作用。中科院大连化物所李先锋研究员、张华民研究员团队将具有高导热性和高机械强度的氮化硼纳米片引入多孔基膜中,即在基膜中加入一层氮化硼纳米片,制备出复合离子传导膜。其中,面向负极的氮化硼纳米片一方面可使电极表面温度均匀分布,调节锌沉积形貌由尖锐的“树枝状”变为柔和的“薯条状”;另一方面,氮化硼纳米片机械强度高,可有效阻挡过度生长的尖锐锌枝晶,避免其对膜材料造成破坏。这两方面的协同作用可显著提高电池的循环寿命。

  • 据介绍,利用该膜组装的碱性锌铁液流电池,在80毫安每平方厘米电流密度条件下,稳定运行500次充放电循环近800小时时并未明显衰减,即使在200毫安每平方厘米电流密度条件下,能量效率也超过80%,这对锌基电池中锌负极的调控具有重要的借鉴意义。

  • 锌基液流电池储能技术因具有成本低、安全性高、环境友好等特点,在分布式储能领域展现出良好的应用前景。但由于锌离子在负极被还原时,易沉积形成如树枝状、苔藓状、层状等不同形貌的金属锌,其中具破坏性的树枝状金属锌即“锌枝晶”生长到一定程度,便会刺破离子传导膜,造成电池循环寿命下降。

 

 

 

资讯动态

 

1、能量密度提升50%!比亚迪“刀片电池”官宣

 

  • 日前,我们从比亚迪官方公众微信号获悉,3月29日下午,比亚迪将在深圳卫视举行刀片电池超级发布会。

  • 据介绍,中科院院士欧阳明高、比亚迪创始人王传福和比亚迪副总裁、弗迪电池董事长何龙将出任本次发布会,并对这项新能源汽车电池技术做详细解析。

  • 此前消息显示,“刀片电池”是比亚迪最新开发的新一代磷酸铁锂电池,其采用自家研发的长度大于 0.6 米的大电芯,电池单体同样向大容量进化,但电芯形状更加扁平、窄小(长边可以定制变化,单体最大稳定长度可以达到 2100 mm),通过阵列的方式排布在一起,就像“刀片”一样插入到电池包里,故被称之为“刀片电池”。

     

     

  • 另外,“刀片电池”在体积比能量密度上比传统铁电池提升了 50 %,成本下降 30 %,整车寿命可达百万公里以上

  • 与此同时,比亚迪 CTP 电池技术与磷酸铁锂电芯结合,将会带来更好的耐温性同时也降获得稳定的续航里程,成本的减少也将为车辆带来更强的竞争力或是更好的利润空间。

  • 据悉, 比亚迪“刀片电池”将会率先搭载在汉EV上,新车NEDC续航超过了600公里,计划于2020年中上市。

 

2、投资52亿元,欣旺达将在浙江建设锂电池基地

 

  • 3月25日,欣旺达发布公告称,公司已于今日与浙江省兰溪市人民政府签署《项目投资协议书》。根据协议,公司计划在浙江兰溪投资52亿元建设锂离子电池项目

  • 欣旺达表示,此次对外投资是公司的战略需要,有利于实现公司生产基地的全国化布点,贴近客户进行生产服务。据电池中国网了解,欣旺达目前已在深圳、惠州、南京等地有多个锂电池项目生产基地。

  • 协议显示,欣旺达与浙江省兰溪市人民政府将共同出资新建浙江欣旺达新能源科技有限公司(暂定名,以下简称“浙江欣旺达新能源”),浙江欣旺达新能源注册资本金计划10亿元,其中欣旺达拟以自有资金出资6亿元,拥有60%的股权成为浙江欣旺达新能源控股股东

  • 根据协议,双方将共同建设浙江欣旺达锂离子电池项目,项目计划投资人民币52亿元,建设日产80万支锂离子电池项目。据电池中国网了解,项目将分三期建设。其中,一期计划投入 16 亿元,建设锂离子电池约 20 万只/天产线及相关配套设施;二期计划投入 18 亿元,建设锂离子电池约 30 万只/天生产线相关配套设施;三期计划投入 18 亿元,项目将新增锂离子电池约 30 万只/天生产线相关配套设施。

  • 3月25日,对于欣旺达或许有着特殊的意义。值得一提的是,2019年3月25日,欣旺达曾宣布将投资120亿元在江苏南京建设锂电池项目。据电池中国网了解,欣旺达南京项目同样分为三期建设,其中一期计划投入35亿元,建设约8GWh电芯和8GWh电池系统生产线项目;二期计划投入40亿元,项目将新增10GWh电芯和10GWh电池系统生产线;三期计划投入45亿元,项目将新增12GWh电芯和12GWh电池系统生产线;项目达产后可形成30GWh的产能。

  • 作为传统消费类电池巨头企业之一,近年来欣旺达在新能源汽车动力电池领域也在持续发力。动力电池应用分会数据显示,2019年欣旺达新能源汽车动力电池装机量为645.01MWh,位居国内装机量排名第10,同比增长580.02%,增长速度明显高于其他企业

  • 此外,公司相关产品也已经进入国际主流车企供应链。如2019年,公司成功进入由雷诺、日产和东风三家成立的合资公司——易捷特新能源汽车有限公司,以及雷诺-日产联盟的动力电池供应商定点采购名单,未来6年将为上述车企超过150万辆电动汽车提供动力电池。

  • 欣旺达公布2019年度业绩数据显示,公司2019年实现营业收入252.69亿元,比上年同期增长24.24%;实现归属于上市公司股东的净利润 7.86亿元,比上年同期增长 12.12%

  • 公告还显示,欣旺达还将出资新建全资子公司浙江欣旺达电子有限公司(暂定名),浙江欣旺达电子注册资本金计划1亿元,由欣旺达独资建设。

 

3、投资5亿元 捷氢科技氢燃料电池项目在上海启动

  • 2019年6月,上海市嘉定区推出了《氢燃料电池汽车产业集聚区规划》和《氢燃料电池汽车产业发展扶持政策(试行)》,对落户该地区的氢能产业给予全方位支持,力争到2025年,嘉定氢能及燃料电池汽车全产业链年产值突破500亿元。
  • 3月16日,上海捷氢科技有限公司燃料电池项目启动仪式在嘉定区举行。据捷氢科技介绍,本次氢燃料电池项目位于嘉定氢能港,项目总投资5亿元,建成后园区将实现研发办公、测试验证、中试生产、氢气供应四大功能。一期产能将达到12000套,计划于2021年8月投产,预计2024年实现产值12亿元
  • 捷氢科技表示,该项目的开工将进一步补全公司的研发、制造能力,并将通过规模化、批量化进一步优化产品成本、提升产品质量,加速上汽燃料电池产品的产业化进程。
  • 资料显示,捷氢科技成立于2018年6月27日,是上汽集团内部孵化的一家主营为研发、生产、销售燃料电池系统及工程服务企业。作为一家集燃料电池电堆和系统研发、生产、采购、销售等于一体的自主创新科技企业,目前该公司自主研发的燃料电池系统产品PROME P390,其电堆功率达到115kW,体积功率密度达到3.1kW/L,可实现零下30℃低温启动,处于业内领先水平。
  • 2019年6月,嘉定区与捷氢科技战略合作签约,捷氢科技选址氢能港区域建设氢燃料电池项目,主要从事氢燃料电池系统产业化,具备燃料电池系统及相关零部件的研发、试验、生产和供氢四大功能。
  • 据电池中国网了解,目前捷氢科技已与上汽大通、跃进、上汽红岩、南京依维柯、申沃客车、中车时代等众多整车企业达成合作,其产品将应用于多款车型。今年以来,国家工业和信息化部公布的第328批、329批《道路机动车辆生产企业及产品公告》中,捷氢科技配套有三款燃料电池车型和底盘产品入围。

 

 

国际资讯

 

1、加州大学圣地亚哥分校研究出分流方法防止锂电池着火

  • 加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师开发了一种安全特性,可以防止锂金属电池在内部短路时迅速升温并着火。由加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授刘平和他的博士生马修冈萨雷斯领导的研究人员在《先进材料》杂志上发表了一篇论文,详细介绍了他们的工作。

  • 该团队对电池中被称为隔膜的部分进行了巧妙的调整,隔膜是电池正极和负极之间的屏障,这样一来,当电池短路时,电池内部积聚的能量(也就是热量)流动就会减慢

  • 论文第一作者冈萨雷斯说:“我们并不是试图阻止电池故障的发生。我们只是让电池变得更加安全,这样当它发生故障时,电池就不会灾难性地着火或爆炸”。

  • 锂金属电池在反复充电后,阳极上会出现树突的针状结构。随着时间的推移,树突生长得足够长,穿透隔膜,在阳极和阴极之间架起一座桥梁,导致内部短路。当这种情况发生时,两个电极之间的电子流动失去控制,导致电池立即过热并停止工作。

  • 加州大学圣地亚哥分校的研究小组发明的隔板基本上缓解了这种现象。一面覆盖着一层薄的、部分导电的碳纳米管网,它可以拦截任何形成的树突。当一个树突刺穿隔膜并撞击碳纳米管网时,电子就有了一个通道,它们可以慢慢地排出,而不是一下子直接冲向阴极

  • 冈萨雷斯将新的电池分离器比作大坝上的泄洪道。他说:“当大坝开始溃决的时候,就会打开溢洪道,让一些水以一种可控的方式流出来。这样,当大坝真的决堤并外溢的时候,就没有多少水可以引发洪水了。这就是我们的分离器的想法,大幅降低电荷的排出速度,防止电子“泛滥”到阴极。当树突被分离器的导电层拦截时,电池就会开始自我放电,这样当电池短路时,就没有足够的能量来产生危险了。”

  • 其他的电池研究工作集中在用足够坚固的材料来阻挡树突的穿透来制造分离器。但冈萨雷斯说,这种做法的一个问题是,它只是延长了不可避免的结果。这些分离器仍然需要有孔,让离子通过,以便电池的工作。因此,当树突最终通过时,短路将变得更糟。

  • 在测试中,安装了新分离器的锂金属电池在20到30次循环中显示出逐渐失效的迹象。与此同时,电池与一个正常(和略厚)分离器经历突然故障在一个周期。

  • “在一个真实的用例场景中,你不会有任何关于电池即将失效的预先警告。前一秒可能还好,下一秒就会着火或完全短路。这是不可预测的,”冈萨雷斯说。“但有了我们的分离器,你就会提前得到警告,电池越来越差,越来越差,越来越差,每次充电都是如此。”

  • 虽然这项研究的重点是锂金属电池,研究人员说,这种分离器也可以用于锂离子和其他电池化学反应。研究小组将致力于优化分离器的商业使用。加州大学圣地亚哥分校已经为研究申请了一项临时专利。

     

2、日本研制全球首艘锂电池潜艇并服役

 

  • 日前,科技日报报道称,近日,日本海上自卫队接收了最新一艘苍龙级常规动力潜艇“凰龙”号。据报道,“凰龙”号是世界上第一艘使用锂电池作为动力的潜艇,这可以让它在水下潜航时间大幅延长

  • 据了解,“凰龙”号常规动力潜艇在维持规格和航速不变的情况下,使用锂离子电池替换掉整个斯特林发动机的AIP动力系统和铅酸蓄电池

  • 由于受国际条约和法律法规限制,日本不能发展核潜艇,因此只能在常规潜艇技术上尝试各种创新和突破。此次使用锂电池作动力可以说是一次全新的尝试。

  • 不过,虽然“凰龙”号的出现意味着日本已经在锂电池相关技术上取得突破,但由于锂电池对压力、温度和通风散热具有较高的要求,因此,有专家分析称,目前这种以锂电池作为动力的潜艇批量装备还为时尚早,日本方面还需进行长期的测试、试验和改进,其后的苍龙级潜艇才会大规模使用锂电池技术。

     

3、加拿大Li-Cycle交付首批锂电回收材料

 

  • 近日,加拿大的锂循环回收公司Li-Cycle宣布,它已经完成了首次回收锂电电池材料的商业交付。Li-Cycle表示能够回收锂离子电池中80%以上的元素。同时,Li-Cycle的Kunal Phalpher表示,欧洲和中国电池公司使用的诸多电池回收工艺基于高温冶金,如将电池组件熔炼下来,这种方法的回收率仅为30%-40%。

  • 第一批回收材料是在Li-Cycle位于加拿大安大略省的工厂中提取的,并准备再次交付。Li-Cycle回收的材料是钴、镍和锂等金属。Li-Cycle将回收方法描述为采用机械和湿法化学方法的两阶段过程

  • 首先要用机械方法缩小电池尺寸。Phalpher表示:“把它们切碎,去掉塑料和金属,就得到了电极材料中金属碎片的精华所在。”

  • 这种粉碎工艺甚至可用于充电电池,这意味着,电池从客户运送到Li-Cycle工厂之前,电池的放电过程不需要浪费劳力、财力。

  • 第二步是利用湿法冶金、湿法化学工艺进行电池回收:把金属碎片一个接一个地去除有价值的成分,如碳酸锂、锂、钴、铜、铝、石墨、铁,磷酸铁。Phalpher指出,这种高温冶金工艺实际上并没有回收锂。

  • 有了这种方法,就可以在锂离子光谱中回收所有不同类型的阴极和阳极化学物质,而不需要根据特定的化学物质进行分类。

  • 除了在加拿大的工厂外,Li-Cycle还计划在今年年底前在纽约州罗切斯特市建立另一家加工厂。公司还打算积极探索“国际机遇”。

  • 目前,世界各地的公司都在开发关键电池材料的第二来源。就在三月初,富腾工程(Fortum)、巴斯夫(BASF)和Nornickel宣布了一项从锂离子电池中回收贵重金属的联合计划。Eramet、巴斯夫(BASF)和苏伊士(SUEZ)以及奥迪(Audi)和优美科(Umicore)也在寻求类似的项目。在德国,一个由巴登-符腾堡州的13个合作伙伴组成的团队正在开发一个机器人辅助拆解工厂,用于回收电池和电动汽车。