5月30日,SMM主办的CLNB 2024(第九届)中国国际新能源产业博览会围绕新能源各产业,原料、材料、光伏、储能、氢能、动力电池、新能源汽车、人工智能、电池回收等领域进行广泛交流,展示最新成果。本次大会包含多个论坛,以下为电动车绿色出行及电池应用高峰论坛的文字直播。
圆桌对话
主题:不同视角下 钠电全产业链发展方向
主持人:
SMM VP 胡健
嘉宾:
广东省自行车电动车行业协会 副会长/深圳市电动自行车产业促进会 执行会长 杨华
湖州英钠新能源材料有限公司 王亚平 董事长
山东华纳新能源有限公司 李稚殷 副总裁
无锡盘古新能源有限责任公司 胡明祥 董事长
珠海市赛纬电子材料股份有限公司 研究院院长 毛冲
嘉宾发言
发言主题:钠电和锂电在储能应用的经济性对比
发言嘉宾:SMM 高级咨询顾问 夏文静
储能技术类别介绍
储能技术分类中,电化学储能技术因其不受区位限制(相比抽水),且技术成熟度高在储能市场上得到快速发展;氢储因其清洁低碳、存储时间长且可进行长距离运输方案受到市场广泛关注。
SMM评述:
►储能领域对电芯能量密度并非特别敏感,电芯的技术竞争核心在于系统寿命及系统效率。
►当前储能应用大多以一充一放为主,逐渐转向两充两放,考虑充电时长等问题,预计发电侧一充一放居多;电网、工商业应用场景等将逐渐走向两充两放。
-锂电-磷酸铁锂系统寿命及系统效率表现均高于钠电-层氧及钠电-聚阴离子;
-钠电-层氧循环最高达5000次,适用于一充一放3-4年电站寿命设计及两充两放5-8年电站设计,技术性能长期不具优势;
-钠电-聚阴伴随循环提升至10,000周左右,整体电站寿命提升,叠加系统效率持续提升,或将对铁锂市场造成冲击(如一充一放存在10年向15年转化,聚阴可满足要求)。
成本结构对比(2023-2027E)
因出货规模及技术成熟度的限制,当前市场中的钠电池成本价高于磷酸铁锂电池30%左右,但随市场需求增加、规模效应显现,预计2027年钠电池主流路线成本将接近磷酸铁锂成本。
度电成本对比(2023-2027E)
储能场景下,聚阴离子正极路线的钠电池因其具备高循环寿命的特点,在材料改善成熟后,成本有望下降约70%,初具度电竞争优势;层氧虽成本也可降50%以上,但因其材料特性,更适用于动力市场。
发言主题:磷酸铁锂材料产业发展趋势
发言嘉宾:宜宾天原锂电新材有限公司 董事长 颜华
“双碳”背景下 电动化转型势不可挡 电化学储能将成为新浪潮
►新能源汽车是交通低碳转型的重要路径。
►新能源汽车成为全球汽车产业链转型主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。
►储能是“碳中和”背景下能源转型的助推器,是解决风能、光伏发电与用电之间的矛盾,储能未来可期。
►电化学储能引领储能行业变革,其储能效率最高,应用场景广,将成为主流技术。
发言主题:可信赖的颇尔工业过滤和分离解决方案
发言嘉宾:颇尔(中国)有限公司 技术专家 王永振
DFL-盐湖提锂
►案例
•DFL用于保护超滤、纳滤组件;
•100m3/h设计流量。
►运行结果
•出口浊度0.18NTU,明显优于竞品7.81NTU;
•工艺要求低于1NTU;
•产水通量高于竞品;
•长时间连续稳定运行。
►价值
•延长下游陶瓷膜清洗周期;
•确保产品品质达标;
•减少客户运行成本。
发言主题:高比能钠电池性能报告
发言嘉宾:天能控股集团有限公司 新型电池副总经理 邬财浩
钠电是中国新能源产业健康有序发展关键
钠电发展自主安全可控:
国内新能源产业蓬勃发展带动锂电产业高歌猛进,但锂电池核心材料锂资源、钴资源、镍资源等严重依赖进口,供应链安全和市场价格波动频发,发展钠离子电池是保障中国锂电和新能源产业健康有序发展关键计划。
钠电池生产工艺与锂电池相似
生产工艺方面:
钠离子电池生产工艺同锂离子电池类似,主要包括极片制造(正负极搅拌制浆料-烘干-涂布等)和电池装配(辊压-模切-卷绕/叠片-入壳-封装-化成-分容分选等),主要区别在于钠离子电池可采用铝箔作为负极集流体,因此正、负极片可采用相同的铝极耳,极耳焊接等相关工序可以更加简化。因此,锂离子电池现有的电池组装生产线稍加修改即可用来生产钠离子电池,发展钠离子电池的重置成本低。
发言主题:可充电式钠电池电极材料进展
发言嘉宾:无锡钠科能源科技有限公司 总经理 乔少华
行业近况
►钠电池标准开始逐渐完善;
►储能、工程机械、电动两轮车、电动汽车等应用端实现了一定的出货量;
►2023年上半年聚焦在层状氧化物,下半年聚阴离子材料开始发力和扩张;
►布局企业多,规模量产少:正极材料企业有近80家,年产能超过2千吨的不超过10家;
►共线产能多,有效产能少,实际利用率低;
►材料企业战略趋同,产品同质化竞争加剧。
发言主题:扩大电池生产-欧洲超级工厂的经验分享
发言嘉宾:博士/Battery Associates 创始人兼主席 Simon Engelke
发言主题:钠离子电池在电动车行业的应用前景
发言嘉宾:无锡盘古新能源有限责任公司 董事长 胡明祥
电动自行车行业情况
►格局:各国出台鼓励措施,关注环保,国内钻研模式,关注安全。
欧洲市场倾向于电助力自行车;美国市场倾向于大型电摩;东南亚倾向于踏骑车型;西班牙、法国等国对新能源摩托车补贴力度较大;越南、印尼等国家人口基数大需求旺盛。多国政府补贴和税收减免助力e-bike发展。
国内,雅迪、爱玛、台铃、新日、九号等品牌布局海外,从代工、贴牌,到品牌出海模式转变,并逐步进行海外工厂落地。传统自行车和电动车制造商均在借力e-bike顺风车发展。
►趋势:新国标5年期满,行业加速重视多元智能和用户需求。
关注消费者需求,电动自行车逐步从配置层面走向差异化和多元化,如电池安全性、续航、智能系统、充电/换电系统等。
关注智能化功能,结合消费者需求,将电动自行车使用情况、车辆定位等功能上线,形成交互高体验。
出海战略成为重点方向,部分头部品牌已开始布局海外市场,建设生产基地和销售网络,抢占国际市场份额。
钠离子电池发展优势
安全性高:
◼ 钠离子电池内阻高,电池短路电路电流更低,瞬间发热更少。
◼ 锂的标准电极电位更负,在水溶液里表现更为比钠更容易失电子,因而钠离子电池具有更高的稳定性。
◼ 钠的活性高,在一定条件下钠枝晶比锂枝晶更易发生自消融,进而避免了电池短路自燃。
◼ 钠离子电池在热失控过程中易钝化失活,在过充、过放、挤压、针刺等安全测试中均不起火爆炸,热稳定性远超国家强标安全要求。
◼ 锂离子电池在过放电的情况下,金属态的铜会沉积在阴极上形成金属枝晶铜,金属枝晶铜的生长会造成内部短路并造成严重的热危害。而钠离子电池负极允许使用铝箔作为集流体,使其能够安全的放电至0V,而不会出现Al 溶解等任何问题。
发言主题:特殊介质的平稳输送与精准投加
发言嘉宾:英格索兰 PST亚太区市场总监 邱广
发言主题:电动二轮车电池充电技术与安全探讨
发言嘉宾:国家高端储能产品质量检验检测中心 无锡市检验检测认证研究院 薛宇
分析典型的充电事故产生原因:
第一,由于充电器从恒流充电转为恒压充电的条件为电池端电压(一般设计为58V)达到一定数值。如48V电池组,铅酸电池是由4块12V电池,每块电池由6个2V的单格组成,锂离子电池由12串(三元电池)、13串(铁锂电池)组成,三元电池的单格电压为3.7V、铁锂电池的单格电压为3.2V,单格电池电压在整个充电过程中,从低电位充到高电位。
但是充电时,如果发生电池单格损坏、短路等原因,2V/3.2V/3.7V单格电压降为0或者很低的电压,那么由每个单元格串联累计的电压值就可能永远达不到转换电压(恒流-恒压),充电器判断一直未达到转换电压,就一直保持使用大电流对电池组进行直流恒流充电。
导致电池组发生过充,轻则引起失水鼓涨、重则发生燃烧等事故。锂离子电池还有一道电池的BMS保护,如果BMS与电池不匹配或者质量较差,或者BMS设置的保护电压值电流值过高,则极易影响锂离子单体电池危险,由于锂离子电池比较活跃,内阻比较小,就有可能出现爆燃事故。
第二,我国南北纬度跨度大,一年中冬天和夏天的温度也相差很大,即使正常充电,采用同样的充电程序、电流、电压、转灯电压等参数设计,也容易造成冬天充电充不满,夏天电池充鼓涨的情况。
第三,由于充电器质量问题,发生内部短路或者其他损坏时,往往发生最直接的现象是,输出电压突然升高,最大57V的输出电压,突然阶跃至100V以上,直接造成被充电电池的短路,造成充电事故。
同时,研究结果表明,锂离子电池能量密度每增加 1 kWh/kg,热失控的触发温度将降低0.42℃。也就是说高能量密度电池相比普通电池更容易发生热失控。热失控是由于电池发热与散热之间的平衡失控所引起的。主要由电池组成的材料在高温下的分解和相互反应导致。
充电技术的提升
针对电池夏天充电易过充鼓涨、冬天充不饱的问题,根据电池的电化学特性,铅酸电池Vt=2.46-0.003×(T-25) (其中:Vt是单体充电电压(单位:V)、T是充电环境温度(单位:℃),以25℃为基准温度),简单说,就是随着环境温度升高,充电电压略有下降,每个电池单格每摄氏度减少0.003V充电电压。
充电时增加一个温度传感器、或者通过数据线,把充电器与锂离子电池组的BMS相连,采集温度信号,也可以把上述公式做成一张温度-电压曲线图,存储在芯片里,随时调用,需要说明的是,由于各电池生产企业的配方不同,锂电池的种类不同(三元、锰酸锂、铁锂),上述的温度-电压曲线图需要具体配对电池企业的技术参数要求。
同时,也可以采集充电时电池组表面的温度值,发现温度过高及时通知充电器停止充电。另外,参照其他电源适配器(手机充电器、笔记本电脑充电器)的技术要求,以及出口电动自行车充电器的技术要求,引入了电磁兼容的技术要求,设计中考虑发射和抗扰度限值和要求。
第一,优化充电器不对其他电器和人体产生影响的发射项目,主要考虑电源端子骚扰电压、骚扰功率、谐波电流、电压变化、电压波动和闪烁。
第二,优化充电器抗干扰能力的项目,主要考虑电快速瞬变、注入电流、射频电磁场、浪涌、电压暂降和短时中断。通过这些EMC项目的设计,增加充电器的工作可靠性、稳定性。
发言主题:石墨烯电池研究现状与展望
发言嘉宾:超威电源集团有限公司 研究院副院长 黄伟国
循环充放电时海绵铅比表面收缩产生大量的空隙使得不可逆硫酸盐化加剧 降低循环可逆性
• 负极海绵状铅作为活性物质,在反复充放电过程中,在比表面能的作用下,比表面会不断收缩,这是一个不可逆的过程。
• 比表面收缩后极板的孔径会变大,更有利于形成更加粗大的硫酸铅晶体,导致不可逆过程加剧。
解决负极硫酸盐化的途径:
➢ 采用表面活性剂(木质素、腐殖酸)抑制活性物质的表面积收缩!
➢ 采用硫酸钡晶核细化硫酸铅颗粒!
➢ 添加炭黑、石墨等增加导电性!“称为抗膨胀剂!”
传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径:碳材料——具有双电层电容特性的活性炭——铅-碳电池、超级电池
作用:
(1)活性炭有高的比表面积,有比较高的双电层电容,可以与正极二氧化铅形成非对称超级电容器,高倍率性能好;
(2)Pavlov研究表明,在充过程中,铅枝晶会在活性炭表面生长,并与海绵铅形成一个整理骨架结构,这有利于双电层电容的充放电进行。
发言主题:铅酸电池、锂电池、钠电池在电动车上的应用及未来发展
发言嘉宾:江苏新日电动车股份有限公司 副总经理 雷宝荣
铅酸电池、锂电池、钠电池在电动两轮车上的应用
目前电动二、三轮车仍然以铅酸电池为主,锂电池、钠电池的渗透率逐渐提升。
中国是全球最大的电动两轮车、三轮车市场,市占率约90%。与欧美不同的是,中国电动两轮车主要用于代步,由于中国城乡建设的实际状况、电动车作为普通老百姓出行的交通工具、加之中国的城乡道路交通状况、电动车成为几亿普通人主要的中短途代步工具,随中国城镇化率的进程在近些年较快的发展,电动车行业也随着高速发展、截止2023年全国保有量约4.2亿辆,2023年产量达到5560万辆。
自从2019年开始实施电动自行车新国标以来、超标电动车大量存在、政府为了逐步淘汰超标电动车、各地出台了相关政策、加速推动电动两轮车的升级换代、由于近年来电动车的火灾事故大幅增加、国家相关管理部门于2024年推出GB17761标准修改工作、将针对2018版以前的电动车进行淘汰更换、各地存量的超标电动车(保有量4.2亿,90%需要淘汰替换)均需要换成符合2024版的新国标电动车,预计2024-2026年将有2.5-3亿辆的市场存量超标电动车需要更换,近几年电动车行业的产能一直在5400-5600万之间、这将给电动车行业带来巨大的机会、带动电动车整车、电池等相关行业的高速增长。
电动二轮车、三轮车铅酸蓄电池的发展趋势
目前中国的电动车产销量一直处于全球领先地位、2023年达到5560万台、保有量更是达到4.2亿,巨大的电动车存量替换是目前电动两轮车用电池最主要的市场,铅酸电池2年需要替换一次,测算年铅酸换电需求约为200Gwh,铅酸总需求约为300Gwh,目前保有量中绝大多数电动二轮车、三轮车、低速四轮车车型均使用铅酸电池,中短期时间内仍有很大的下游需求。
2023年电动三轮车的产销量达到800万左右、销售额近700亿、三轮车使用的基本是是铅酸蓄电池、铅酸蓄电池2年的更换周期、也造成巨大的铅酸蓄电池需求、预计2030年电动三轮车市场
将达到1200万台、销售额达到1500亿左右,电动三轮车用铅酸蓄电池占电动三轮车价格的40%,其市场规模将达到600亿,因此未来几年由于电动车的品种分划、电动两轮车、电动三轮车、低速四轮车的铅酸蓄电池市场需求将达到一个非常巨大的市场。
发言主题:固态电池趋势与战略
发言嘉宾:Blue Solutions 业务发展与计划总监 Bekir Mercan
锂离子电池并不符合市场的主要需求
锂离子电池的局限性:
范围/高能量密度、安全性、老化、快速充电能力。
解决方案:
固态(市场上最受期待的技术)、钠离子(低能量密度选项)、硫磺等。
固态电池将解决核心OEM要求
固态电池(SSB)可以彻底颠覆电动汽车市场,提供高自主性(更轻、更小的配置中能量更多),以及在恶劣条件下的高耐受性。但锂离子电池现在已经很成熟,性能稳定,且拥有制造经验。
发言主题:低成本生物质基钠电硬炭负极材料开发及产业化应用
发言嘉宾:湖南钠能时代科技发展有限公司/中南大学博士副教授 张磊
(应嘉宾要求发言内容不对外)
发言主题:钠电硬碳最优生物质原料的筛选
发言嘉宾:湖州英钠新能源材料有限公司 董事长 王亚平
(应嘉宾要求发言内容不对外)
发言主题:磷酸锰铁锂新进展
发言嘉宾:星恒电源股份有限公司 研究院院长 王正伟
(应嘉宾要求发言内容不对外)