2023年9月27日，中科院物理研究所研究員黃學(xué)杰受邀在2023年“泰山鋰谷”人才創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)暨“綠色低碳·儲(chǔ)能未來(lái)”產(chǎn)業(yè)賦能交流會(huì)儲(chǔ)能專場(chǎng)上發(fā)表了主題為《材料技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)鋰離子儲(chǔ)能電池升級(jí)》的講話。該會(huì)議由山東省科學(xué)技術(shù)廳、山東省工業(yè)和信息化廳、山東省人力資源和社會(huì)保障廳、中共泰安市委、泰安市人民政府主辦，儲(chǔ)能專場(chǎng)由中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟承辦。
鋰離子電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
鋰離子電池支撐電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展
隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)量很快會(huì)逼近每年千萬(wàn)輛的大關(guān)。2025年預(yù)期鋰離子電池市場(chǎng)會(huì)到2萬(wàn)億元，其中也包括儲(chǔ)能電池。目前電動(dòng)汽車?yán)锩孀钪饕氖嵌姵?，包括三元電池和鐵鋰電池，一個(gè)是為了滿足長(zhǎng)程電動(dòng)汽車需求，一個(gè)是為了滿足更廣泛的電動(dòng)汽車需求，鐵鋰占接近7成的比例。
新型電力儲(chǔ)能快速增長(zhǎng)，鋰離子電池占比 94.4%
在儲(chǔ)能這塊，可以看到鐵鋰電池比例就更高了。在過(guò)去的一段時(shí)間，新型儲(chǔ)能快速發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能是主要的，根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，磷酸鐵鋰電池是主要的儲(chǔ)能電池，占94.4%。今天，全球約70%的鋰離子電池是在中國(guó)生產(chǎn)，有些材料幾乎是100%在中國(guó)生產(chǎn)的，包括磷酸鐵鋰材料。
磷酸鐵鋰電池是最主流的動(dòng)力和儲(chǔ)能電池
磷酸鐵鋰電池是主要的動(dòng)力電池，占比約為70%，也是最主要的儲(chǔ)能電池。在過(guò)去的10年，性能提高了差不多一倍，就是它的能量密度提高了一倍，但是成本變成原來(lái)的1/4。今天鋰離子電池單體成本已經(jīng)到了每瓦時(shí)5毛錢，售價(jià)今年也到了5毛，因?yàn)槲覀兊漠a(chǎn)能建得比較快，所以卷得比較兇，掙錢不易。雖然去年碳酸鋰價(jià)格暴漲引起一時(shí)的電池價(jià)格波動(dòng)，但是大趨勢(shì)是不變的，目前回到了5毛錢的區(qū)間較為正常。
如何應(yīng)對(duì)企業(yè)盈利難?
三元鋰離子電池成本構(gòu)成
根據(jù)財(cái)通電新7月底的分析數(shù)據(jù)，對(duì)于三元電池，正極材料非常貴，有鎳、鈷等，占電池成本的57.3%，看起來(lái)基本都是給正極材料打工的。正極材料里面鋰是主要成本，碳酸鋰漲價(jià)，大家就給鋰礦打工了。對(duì)于磷酸鐵鋰電池相對(duì)會(huì)好一些，正極材料也約占40%成本，總成本要低一些，因此鐵鋰電池能夠大規(guī)模應(yīng)用，它比三元電池有更長(zhǎng)的壽命、更好的安全性、更低的成本。
中國(guó)磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)全球領(lǐng)先
1. 在中國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展初級(jí)階段避免了出現(xiàn)社會(huì)不能承受的大量安全事故。
2. 原材料不依賴于鈷等稀有金屬避開(kāi)了資源供應(yīng)的限制。
3. 成本較低使得電動(dòng)汽車推廣代價(jià)稍低一些。
4. 儲(chǔ)能電池絕大部分選用磷酸鐵鋰電池。
5. 全球99%以上的磷酸鐵鋰材料和電池由中國(guó)企業(yè)生產(chǎn)。
磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈下的升級(jí)方向
儲(chǔ)能電池循環(huán)次數(shù)需提升到10000次以上
十幾年前磷酸鐵鋰電池循環(huán)次數(shù)即可做到6000次，今天這個(gè)壽命并沒(méi)有增加，但是成本是大幅度下降了，因?yàn)樵谲囉眠@塊兒更多是降成本，但是對(duì)電力儲(chǔ)能，萬(wàn)次壽命是必需的。
怎么樣解決這個(gè)萬(wàn)次循環(huán)的問(wèn)題?就需要發(fā)展一個(gè)新的材料，叫做加鋰材料，也叫補(bǔ)鋰材料。
為什么要補(bǔ)鋰?鋰離子電池是靠鋰離子在正極和負(fù)極之間來(lái)回輸運(yùn)來(lái)儲(chǔ)藏電能的。鋰離子電池的正負(fù)極如同兩個(gè)水桶，鋰離子如同是水，充電時(shí)，鋰離子從正極向負(fù)極移動(dòng)，正如正極水桶中的水灌入負(fù)極水桶中，一些水不可避免的撒到外面!造成活性鋰離子的損失和電量下降。加鋰技術(shù)是在電池內(nèi)部引入額外的鋰源，在負(fù)極鋰缺失時(shí)快速的進(jìn)行補(bǔ)充，保持電池的滿電量循環(huán)。
怎么補(bǔ)鋰?兩個(gè)辦法：一個(gè)補(bǔ)到正極，另一個(gè)補(bǔ)到負(fù)極，簡(jiǎn)單理解把這百分之十幾的鋰補(bǔ)進(jìn)去，進(jìn)而達(dá)到1萬(wàn)次的水平。在負(fù)極里面補(bǔ)鋰，要用活性很高的鋰源，在實(shí)驗(yàn)室里面做可以，量產(chǎn)就碰到了安全的問(wèn)題。正極里面補(bǔ)鋰，運(yùn)用硅酸鋰等穩(wěn)定的鋰源，鋰在電池早期循環(huán)階段就釋放出來(lái)，明顯提升了電池的循環(huán)性能，還因?yàn)槎趸璧雀碑a(chǎn)物發(fā)揮的作用，使得電池倍率性能也得到提高。
車用儲(chǔ)能和戶儲(chǔ)需要更低價(jià)格
電力儲(chǔ)能要超長(zhǎng)的壽命，車用儲(chǔ)能和戶儲(chǔ)不要超長(zhǎng)壽命，而是要更低的價(jià)格。怎么降低價(jià)格?磷酸鐵鋰電池已經(jīng)不賺錢了，怎么降價(jià)格?
這里面引入一個(gè)新材料——鎳錳酸鋰，電壓提升了40%還要多，這種提升首先帶來(lái)能量密度的提升，加上材料本身密度高，電池能量密度提升了50%，它還省鋰，成本更優(yōu)。
發(fā)展鎳錳酸鋰電池是平衡資源供應(yīng)的重大戰(zhàn)略
現(xiàn)在為什么碳酸鋰掉到十幾萬(wàn)，還在往下掉?因?yàn)楝F(xiàn)在大量的投資從前兩年被投到開(kāi)采行業(yè)，投到冶煉行業(yè)，所以開(kāi)始進(jìn)入到過(guò)剩周期，但是全球都在發(fā)展電動(dòng)車，都在推進(jìn)儲(chǔ)能。
如果沒(méi)有別的辦法，預(yù)測(cè)到2027年又會(huì)進(jìn)入到短缺周期，這個(gè)短缺可能會(huì)非常可怕，這會(huì)導(dǎo)致更大的缺口。為什么國(guó)家在戰(zhàn)略性角度來(lái)講，支持鈉離子電池的研發(fā)，就怕到時(shí)候供應(yīng)短缺加上國(guó)際上供應(yīng)鏈干擾，會(huì)導(dǎo)致我們鋰供應(yīng)出問(wèn)題。
鎳錳酸鋰和今天的磷酸鐵鋰比，每度電的電池少用30%的碳酸鋰，跟三元比少用40%，這對(duì)于缺口的解決很重要，所以說(shuō)這件事也變得很緊迫起來(lái)。但是把電壓提高，比把水電站水壩的高度提高還要困難得多，因?yàn)樗鼛?lái)的是界面上的不穩(wěn)定，好處有很多，但是最大缺點(diǎn)就是這么高的電壓，造成材料不穩(wěn)定了，原子受不了了，這個(gè)問(wèn)題怎么解決?
鎳錳酸鋰電池發(fā)展趨勢(shì)
先解決材料問(wèn)題，材料到了5000次以后，接著解決材料變極片的技術(shù)，一步一步調(diào)整，今天我們能夠做到3000次以上的壽命，再努力一把，做出4000、5000次的，以后我們就能更好的利用它。
安全怎么樣?為了解決高壓?jiǎn)栴}，做了幾重加固，這種加固有利于安全性提升。
這件事情做出來(lái)以后，它并不是作為某個(gè)電池企業(yè)的獨(dú)門(mén)技術(shù)，就跟加鋰技術(shù)一樣，完全開(kāi)放給行業(yè)。希望在2027年我們鋰短缺到來(lái)之前，我們能夠解決這個(gè)問(wèn)題。所以時(shí)間已經(jīng)非常緊迫了，必須要全行業(yè)一起來(lái)努力，盡可能通過(guò)技術(shù)的研發(fā)，通過(guò)新技術(shù)在全行業(yè)的推廣，大幅度提升性能，降低成本，服務(wù)于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
來(lái)源：中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟
評(píng)論