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本期精选27项新能源(含新能源 汽车 )领域的技术成果进行推荐,感兴趣的企业朋友可以长按识别文末二维码或点击下方“阅读原文”,进行项目意向登记,我们专业的技术经纪团队将与您联系。
28:高比能锂离子动力电池
29:可穿戴钙钛矿光伏模组的产业化印刷制备
30:木质纤维素基高密度高热安定性航油催化合成研究
31:高性能管桩安全监测评估与防控关键技术
32:向阳而生——太阳能电池/集光器集成器件
33:超高功率锂离子电池开发
34:海上风机绝缘局部放电无损在线监测技术
35: 高性能高安全锂离子电池技术
36:350wh/kg高比能、低成本、智能动力电芯
37:MOF改性电解液用于高能量密度锂金属电池
38:变废为宝-有机固废资源化利用技术先锋
39:新能源系统无线电能传输关键技术开发与应用
40:基于低速涡流无叶片发电机的潮汐能技术开发与应用
41:质子交换膜电解水制氢阳极催化剂的制备
42:高功率密度、高效、高可靠性航空动力伞研制及产业化
43:磷酸铁锂电池材料回收技术的开发与应用
44:快充低温锂金属电池
45:脱碳全能王-适用生活和工业场景下的宽范围压力 PEM 制氢系统
46:有机固废高值化利用技术平台
47:太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电装置
48:低成本太阳能热电互补高效空调系统应用
49:新能源工程车辆能量管理专用实验平台
50:宽频带复杂信号精细化实时感知技术及应用
51:环境友好型硒化锑薄膜太阳电池研制
52:硫化物固体电解质及其固态动力锂电池
53:新型高功率储能技术——锂离子电容器
54:柔性固态锂电池自修复界面的设计与构筑
28: 高比能锂离子动力电池
1 基本信息
2 简介
本项目针对提升高镍三元正极材料能量密度的问题,研究了合成条件、改性工艺对材料晶体结构和性能的影响,突破了高镍三元正极材料制备和改性等关键技术,开发出满足新一代动力电池要求的高镍三元正极材料,且材料性能优异,处于国际先进水平。为了实现规模化生产,解决了工程化难题,创新地采用了具有成本优势的工艺路线,建成了年产超过1500吨的高镍三元正极材料的生产线,实现了高镍三元正极材料的产业化,产品成功应用于宝马、大众、东风、蔚来、奔驰、吉利、小鹏等国内外知名整车企业,打破了国外企业对高镍三元正极材料的垄断。并扩建了更高标准的年产2万吨高镍三元正极材料生产线,推动了设备制造商和上下游企业的发展,规模化生产后,预计每年将创造30亿元以上的产值。
29: 可穿戴钙钛矿光伏模组的产业化印刷制备
1 基本信息
2 简介
本项目以低污染可穿戴钙钛矿模组的印刷制备为目标,从残余应力调控角度出发,聚焦晶格一致性研究,通过温敏性添加剂热膨胀系数的应力释放作用调控薄膜晶格应力状态,通过双齿配位仿生分子修饰消除薄膜表面应力累积,结合物理封装策略,实现低铅泄露模组的印刷制备。
30: 木质纤维素基高密度高热安定性航油催化合成研究
1 基本信息
2 简介
本项目基于对木质纤维素及其衍生物结构特点和航油分子构效关系的充分认识,创新以木质纤维素为原料制备高密度高热安定航油的高度集成的新技术,为高性能航空燃料提供新制备途径,进而为先进航空航天发动机提供高性能燃料,为现有航油提供高性能调和组分。项目拟开发木质纤维素定向转化制备多环烷烃燃油组分的核心工艺,包括:(半)纤维素水热转化制备呋喃醛并分离木质素,木质素一步水热解聚加氢脱氧制取芳烃、酚类、环醇和单环烷烃,木质素纤维素衍生物(呋喃醛、环醇、环酮及单环烷烃)共转化制取联环烷烃、稠环烷烃等多环烷烃,以及生物航油的调控调配等。
31: 高性能管桩安全监测评估与防控关键技术
1 基本信息
2 简介
项目围绕“高性能管桩安全监测评估与防控”这一难题,经过10 余年的 科技 攻关和工程实践,建立了集理论研究、工艺研发、产品制备、标准制定、工程应用于一体的技术体系,主要核心成果包括:先张法预应力混凝土耐腐蚀管桩、基于分布式光纤神经传感胶带的桩身应力实时监测技术、高性能管桩长期稳定性机理与应用关键技术、桩基础病险演变评估与治理体系研发与应用关键技术,实现了多学科交叉和产学研结合。
32: 向阳而生——太阳能电池/集光器集成器件
1 基本信息
2 简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为:不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率 22%(小面积1*1 cm 2 ), 17%(5*5 cm 2 ), 15% (10*10 cm 2 ),光照1000小时后(光照条件:室温25 , AM1.5G,光强1000W/ m 2 ),效率衰减 10%。不透明集成 器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升 6%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率 8%。
33: 超高功率锂离子电池开发
1 基本信息
2 简介
本项目结合市场需求,开展超高功率高能量密度锂离子储能器件设计、制造等研究,发挥锂离子储能器件高能量密度的优势,突破锂离子储能器件瞬时充放电能力,提升功率密度,实现锂离子储能器件高功率密度,并兼具高能量密度、高安全性和长循环寿命以及低成本,形成具有自主知识产权的技术体系。
34: 海上风机绝缘局部放电无损在线监测技术
1 基本信息
2 简介
本项目拟研发出一种基于机械和电气特征量的海上风机绝缘局部放电无损在线监测技术,以期实现对海上风机的局部放电和绝缘状态的实时监控。该技术旨在绝缘发生明显劣化及局部放电现象产生之前监测其潜伏性故障,并在上述现象发生后对绝缘状态进行持续监测,进而对局部放电严重程度和绝缘状态做出定性诊断。这一研究成果不仅能为海上风机的维护检修方案提供可靠依据,降低事故发生概率,而且可有效减少盲目的停机检修,提高海上风机的可靠性与经济性。
35: 高性能高安全锂离子电池技术
1 基本信息
2 简介
本项目以国家和 社会 对高性能、高安全锂离子电池技术的重大需求为牵引,在微电子学、电化学和材料科学等多学科交叉融合的基础上,分别从“高比能硅负极材料表界面改性”与“基于EIS监测的新型电源管理芯片” 两大前沿技术开展研究,并取得了重要突破。本项目开发了微米硅/碳纳米管复合负极,通过简单低成本且可规模化生产的工艺构筑了高效且能适应Si负极的体积膨胀的柔性CNT导电网络及碳钝化层,降低了MSi颗粒的体电阻与颗粒之间的电阻,限制MSi的粉碎化。与传统的微米硅/碳复合负极(400 Ω m)相比,该复合材料的体积电阻率(157 Ω m)显著降低,可逆比容量为 2533 mAh/g,初始库仑效率为89.07%,在2A/g循环1000次时,可逆比容量超过840mAh/g。
36: 350wh/kg高比能、低成本、智能动力电芯
1 基本信息
2 简介
本项目所采用的正极材料为项目组自主研发的、具有独立知识产权的高比容量、低 成本富锂锰基正极材料。该正极材料采用全新的材料改性技术,包括材料优势晶面调控、 快离子导体包覆、超薄尖晶石异质相包覆等关键技术,使得项目组研发的富锂锰基正极材料的比容量高达260mAh/g,循环寿命长达500周,循环100周压降可控制在0.1V以下。基于此,项目组现已获得核心发明专利3项(均已授权),发表高水平学术论文5篇,此外项目组已与宜宾某公司建立合作,致力于该类正极材料的量产放大及产业孵化。
本项目致力于研发一款高比能、低成本、智能动力电芯,所 采用的智能传感器基于项目组自主研发的石墨烯基应力应变传感器和铜基温度传感器。研发的石墨烯基应力应变传感器具有大的工作范围和优异的灵敏度。研发的铜基温度传感器采用超薄超小尺寸的铜-康铜热电偶,同时具备高精度和宽监测窗口特点,并且对电池性能和比能量几乎不产生影响。本项目将应力应变传感器、温度传感器采用嵌入式技术植入电芯内部,可实时监测电芯充放电状态、电池安全状态、电芯温升等,通过外接电子信息处理系统实时、准确评估电芯的运行参数。基于此,项目组现已申请中国发明专利2项,发表高水平学术论文1篇。
37: MOF改性电解液用于高能量密度锂金属电池
1 基本信息
2 简介
本项目基于已有的研究成果,拟使用金属有机框架(MOF)作为电解液添加剂,利用其表面丰富的活性亲锂位点,调控锂沉积过程,消除锂枝晶。优化材料合成、电解液组成和电池组装参数,以适应规模化生产的需求,推进高能量密度锂金属全电池的实用化进程。主要面向无人机、动力外骨骼和 汽车 动力电池等高能量密度应用场景,突破现有的储能电池续航瓶颈,提升电池安全性,具有广阔的市场空间。
38: 变废为宝-有机固废资源化利用技术先锋
1 基本信息
2 简介
本项目将开发一种新型有机固废热化学处置技术,可实现高纯度H2和CO在不同温度区自分离生成,H2和CO可根据后续化工合成过程所需任意比例自由混合,为有机固废资 源化和能源化与现有化工过程无缝衔接提供便利。此外,该技术还具有以下优点:可彻底杀灭有机固废中致病病原体和有毒有害有机物,大幅减少约50-90%有机固废的体积;还可对有机固废的内在能量进行回收利用,将有机固废中的有机组分转化为可控H2/CO比例合成气;同时反应后剩余的富含无机组分残渣仍可进行资源化利用于水泥窑协同处 置和制作建筑材料等。
39: 新能源系统无线电能传输关键技术开发与应用
1 基本信息
2 简介
本项目设计面向复杂应用场景的新能源无线供电系统,开发满足源-储-荷高效协同和不确定环境下系统稳定工作的自适应切换技术,实现电能稳定高效传输。
40: 基于低速涡流无叶片发电机的潮汐能技术开发与应用
1 基本信息
2 简介
本项目提出的发电机采用无叶片式设计,结构简单,维护成本较低,不存在以往涡轮机械容易受到海水腐蚀、影响海湾水动力、容易破坏沿岸海洋生态系统等问题。发电机配有多单元往复式电磁感应发电机,大大提高了发电效率。是一种能够提供稳定、高效电能的新型的发电方式。
41: 质子交换膜电解水制氢阳极催化剂的制备
1 基本信息
2 简介
本项目依托于兰州大学有色金属化学与资源利用重点实验室,合作导师为严纯华院士,围绕高效、稳定、廉价阳极酸性析氧催化剂的控制合成开展研究工作;旨在构筑系列界面异质结构酸性析氧催化剂;以“界面控制”法为主导,结合“固-液”、“固-固”和“固-气”界面辅助手段,实现界面异质结构酸性析氧催化剂的控制 合成;进一步通过配位替换、晶格掺杂、缺陷填充等策略,提升界面异质结构酸性析氧 催化剂的活性和稳定性;此外,结合原位表征技术实现对合成和催化过程的原位监测, 为催化剂的结构优化和性能提升提供坚实的实验数据,建立界面异质结构酸性析氧催化 剂结构和性能之间的构效关系;对质子交换膜电解水制氢的发展具有重要的科学意义。
42: 高功率密度、高效、高可靠性航空动力伞研制及产业化
1 基本信息
2 简介
为了提高高功率密度轴向磁通永磁电机的散热能力,本项目首先在特殊的定子架中分别设计了两种新颖的水冷结构。第一种是轴向内外循环水冷结构,第二种是槽内内外循环水冷结构。通过合理的等效与假设,建立了两种水冷结构的三维模型,并且基于流固耦合进行仿真分析。通过对比两种水冷结构的流速、压降、冷却效果和散热面积,选择槽内内外循环水冷结构作为电机的冷却系统。并且将基于流固耦合对两种水冷结构的流速、压降、冷却效果和散热面积进行分析对比,从而确定双转子单定子AFPM电机最有效的冷却结构,为AFPM电机的冷却结构设计及电磁方案优化提供了参考依据。
43: 磷酸铁锂电池材料回收技术的开发与应用
1 基本信息
2 简介
本项目从成本与环保的角度开发了一种便捷的锂离子电池材料回收工艺。在锂电池材料回收的过程中不涉及强酸、强碱的消耗,不产生硫酸钠等副产物;其次在回收的过程中,废旧磷酸铁锂材料能够与铝箔彻底分离,节省了后续的除杂步骤工序简单;最后相对于传统的拆解与回收技术,本技术能够节省成本在40%以上,经济效益潜力巨大,同时能够充分释放旧动力电池的残值促进动力电池的 健康 发展。
44: 快充低温锂金属电池
1 基本信息
2 简介
锂金属电池结构与锂离子电池相似,但消除了低容量和低压实密度的负极活性材料的使用。因此,相同重量和体积的锂金属电池比传统电池储存的能量可以提升40%以上,并大大节省电池制备成本。我们设计的锂金属电池与目前国内和国际市场通用的锂离子电池相比有以下优势:
1)成本优势,消除了负极的用料成本;
2)更高的能量密度,国内目前电池单体的能量密度依然 300Wh/kg,我们的电池单体能量密度 350Wh/kg;
3)更快的充电速度,Tesla公司的快速充电技术,20min可以充
进50%电量,我们的电芯快充时间:0-80%SOC 15min;
4)更低的运行温度,普通锂离子电池的最低温度极限为-20 , 我们设计的锂金属电池最低放电温度可达到-90 ,最低充电温度可到-70 。
45: 脱碳全能王-适用生活和工业场景下的宽范围压力PEM 制氢系统
1 基本信息
2 简介
本项目组针对国家发布的氢能战略,迅速开展PEM制氢相关研究,目前已掌握了电解槽结构设计方法、面向设计和开发的集成建模和优化技术,现已成功开发出面向生活和工业场景(加氢站、制氢需求的钢铁、冶金和化工等)的低中高压(0.1-10mpa)全范围PEM制氢系统(实验室级别)。在低压运行时,极大提高系统的功率密度;在高压运行时,可取消一级或二级压缩,减少压缩机运维成本。
46: 有机固废高值化利用技术平台
1 基本信息
2 简介
本项目根据不同有机固废不同的理化性质,以氧消化和水热转化技术为基础,开发出了实现其高值化利用的不同技术路线和不同的工艺,实现了有机固废的减量化、无害化处理,以及高附加值产品的制备。该项目可以实现有机固废的完全资源化再利用,具有很好的 社会 效益、环境效益和经济效益。
47: 太阳能光谱分频与余光汇聚再辐射耦合的光能梯级发电 装置
1 基本信息
2 简介
本项目提出太阳能光谱分频与余光汇聚辐射再调节耦合的光能梯级发电系统,旨在研究其基本科学原理及关键技术,并建成相应的示范装置。本项目积极响应国家“碳达峰,碳中和”的政策,聚焦太阳能的有序高效转化,旨在开发新型的太阳能高效转化技术装置。
48: 低成本太阳能热电互补高效空调系统应用
1 基本信息
2 简介
本项目研发的“低成本太阳能热电互补高效空调系统”由太阳能集热子系统、喷射式制冷子系统和压缩式热泵子系统三部分组成。
49: 新能源工程车辆能量管理专用实验平台
1 基本信息
2 简介
本项目以绿色矿山战略理念为引领,聚焦新能源工程车辆能量管理技术的发展需求,针对目前市场对新能源工程车辆能量管理实验产品的市场空白,开发面向新能源工程车辆的专用能量管理实验平台,为研究开发先进能量管理技术提供有效验证、分析及测试条件。
50: 宽频带复杂信号精细化实时感知技术及应用
1 基本信息
2 简介
本项目的总体目标是以低碳能源系统宽频域运行形态衍变为契机,以宽频信息感知为视角,开展宽频带复杂信号精细化实时感知技术研究,研发面向新能源电力系统的宽频带信息感知技术、装备与 探索 平台,并 探索 技术成果在生命科学、深海探测、航空航天等多个重大领域的拓展应用潜力。
51: 环境友好型硒化锑薄膜太阳电池研制 1 基本信息
2 简介
本项目依托于深圳大学、广东省光电子器件与系统重点实验室和深圳市先进与薄膜应用重点实验室的研究平台,面向国家对新型高效低成本光伏发电技术集中攻关的重大战略需求,开展真正环境友好型(区别于现存高能耗硅基电池,涉及贵金属铜铟镓硒太阳电池和含铅钙钛矿太阳电池等非环境友好型太阳电池技术)硒化锑薄膜太阳电池研制及其应用研究工作。
52: 硫化物固体电解质及其固态动力锂电池
1 基本信息
2 简介
项目针对液态锂离子电池存在的比容量低、安全性和循环寿命有待提高等问题,研发高安全性、高容量、长寿命固态锂电池,解决制备硫化物固体电解质材料与全固态电池存在的离子电导率偏低、一致性较差、对湿度过于敏感、无法量产、与正负极材料接触不稳定、正极容量释放差、库伦效率低下、长循环性能差等难题,突破由实验室研究到产业化生产的系列关键技术。
53: 新型高功率储能技术——锂离子电容器
1 基本信息
2 简介
中国科学院电工研究所经过多年的理论创新与技术积累,自主研发的新型高功率电化学储能技术——锂离子电容器,具有低成本、长寿命、高安全、兼具高功率密度和高能量密度等优势。
54: 柔性固态锂电池自修复界面的设计与构筑
1 基本信息
2 简介
本项目创新性地提出了本征自愈固态电解质双涂层愈合界面构筑策略,通过“自愈固态电解质”来构筑“固固一体化界面”,就能取长补短,有望满足构筑柔性锂电池电解质/电极界面的各项技术需求。申请人将正负极片表面涂覆具有可逆自愈功能的固态电解质涂层,进行微界面完全浸润以及一体化融合,然后将预制备的固态电解质膜与涂层紧密贴合,并进行热压诱导,利用聚合物涂层与电解质膜中大量存在的多重自互补氢键系统,促使层间界面愈合,从而达到构筑高稳定性、可自修复、一体化的电极/电解质界面的目的。
西风华诞
行业主要上市公司:宁德时代(300750);比亚迪(002594);国轩高科(002074);孚能科技(688567);亿纬锂能(300014);鹏辉能源(300438);欣旺达(300207)等
本文核心数据:锂电池板块上市公司研发费用;锂电池相关论文发表数量
全文统计口径说明:1)论文发表数量统计以“lithium battery”为关键词,选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
锂电池技术概况
1、技术原理及类型
(1)锂电池技术原理
锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。
(2)锂电池的分类
按照电解质材料、电池外形、外包材料、正极材料、应用领域等不同分类方式,可将锂电池分为以下几类:
2、技术全景图:四大细分技术领域
从锂电池构成来看,锂电池技术主要包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜四个主要细分技术领域。其中,正极材料主要包括磷酸铁锂、三元正极、锰酸锂等;负极材料主要包括碳系材料和非碳系材料;电解质主要包括液态电解质、固液复合电解质和固态电解质;隔膜主要包括干法隔膜和湿法隔膜。
锂电池技术发展历程:正负极材料演变拉动技术发展
从20世纪70年代第一个锂电池出现,到如今五十余年的岁月中,锂离子电池不断发展,负极材料从锂金属发展到碳材料,再试图回到锂金属;正极材料也不断丰富,陆续推出钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。
锂电池技术政策背景:政策加持技术水平提升
近些年来,我国提出了一系列锂离子电池技术发展相关政策,加速了锂离子电池产业链的发展,同时对锂电池的安全性、技术体系、回收体系做出了规范,使得锂电池技术水平稳步提升。
锂电池技术发展现状
1、锂电池技术科研投入现状
(1)国家重点研发计划项目
据已公开的国家重点研发计划项目,2018-2021年我国锂电池技术相关国家重点研发计划项目共计18项。国家重点研发计划项目的资金来源为中央财政经费,一个项目的财政经费在2亿元以上。
(2)A股上市企业研发费用
锂电池行业经过多年发展,产品相对成熟,但行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看,2017-2021年,我国锂电池板块上市公司研发总费用逐年增长,2022年第一季度,锂电池板块上市公司研发总费用约46.75亿元。
2、锂电池技术科研创新成果
(1)论文发表数量
从锂电池相关论文发表数量来看,2010年至今我国锂电池相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势,可见锂电池科研热度持续走高。截至2022年8月,我国已有69366篇锂电池相关论文发表。
注:统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新热点
通过创新词云可以了解锂电池技术领域内最热门的技术主题词,分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词,其中,正极材料、负极材料、电解质、集流体等关键词涉及的专利数量较多,说明锂电池领域近期的研发和创新重点集中于正负极材料、电解质等领域。
(3)专利聚焦领域
从锂电池专利聚焦的领域看,目前锂电池专利聚焦领域较明显,其主要聚焦于锂电池、锂离子电池、正极材料、负极材料、电解液等。
主要锂电池技术对比分析
根据分析磷酸铁锂、三元锂电池的技术特性,可以看出磷酸铁锂电池在安全性、经济性、原材料丰富度和循环寿命方面优势明显,而三元锂电池在能量密度、低温性能和充电效率方面优势明显。因此,磷酸铁锂电池技术更适合用于中短距离用车(中低端车型)、电动自行车、储能等场景;三元锂电池技术更适用于长距离用车(高端车型)、消费电子、医疗等场景。
锂电池技术发展痛点及突破
1、锂电池技术发展痛点
(1)缺乏高能量密度的正负极材料产业化应用
尽管锂离子电池技术和市场快速发展使得电池能量密度已有明显提升,然而缺乏可行的未来正极材料来继续提高锂离子电池的能量密度,给锂离子电池产业持续发展带来了重大挑战。
(2)锂离子电池安全问题亟待解决
另一方面,锂离子电池安全问题也是锂离子电池技术发展的痛点之一。锂离子电池安全问题的根源主要是电池的热失控。主要是由于锂离子电池内部具有很强的燃爆条件,其内部的易燃性材料如低熔点可燃有机脂类化合物、石墨负极材料都会成为相应的“燃料”,在充放电以及运行过程中不当的热管理将成为锂电池安全事故的导火索,最终引发燃爆事故。
2、锂电池技术发展突破
(1)锂电池结构创新设计
锂电池电芯集成方式的革新是锂电池的重要结构创新,例如CTP(Cell To Pack)即跳过标准化模组环节,直接将电芯集成在电池包上,提高能量密度。
(2)固态电池技术
目前,锂离子电池面临着安全性差的问题,固态电池可在安全性、能量密度、温度范围等方面突破锂离子电池的局限。
锂电池技术发展方向及趋势:短期提高电池能量密度、长期技术路线多元化
短期内,提高锂电池能量密度主要通过对现有材料体系的迭代升级和电池结构革新来实现。其中,锂电池材料体系的迭代升级包括正负极材料、电解液和隔膜的迭代升级;电池结构革新又包括电芯、模组、封装方式等的结构改进和精简。
从长期来看,由于磷酸铁锂电池能量密度上限较低,并且为了应对不同应用场景下的不同需求,锂电池技术路线将朝多元化方向发展。除了酸铁锂电池和三元锂电池之外,固态电池、磷酸锰铁锂电池、富锂锰基电池等新型锂电池技术路线的发展趋势向好。
「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究,瞄准国际科技前沿,服务国家重大战略需求,围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关,促进碳中和技术成果转化和推广应用,为企业创新找到技术突破口,为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校,二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化,拥有55项专利、33篇论文,并已将30多种产品推向市场,创造商业价值50+亿元,专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《锂电池行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。
huang8023ta
2018年6月份,Elon Musk在推特发表宣言,称想要从现有的NCA方向上继续减少钴的用量。
2月18日,一则关于特斯拉将使用宁德时代“无钴电池”的新闻迅速传开。在三元锂电池大行其道的当下,磷酸铁锂电池重回热点。
提到磷酸铁锂,相信大家并不陌生,但受限于当时的电池技术和国家补贴政策,磷酸铁锂一直在新能源商用车和储能领域发光发热。
近年来,是什么让磷酸铁锂又重新回到乘用车领域,与三元争“一哥”呢? 下面,就让我们就来扒一扒这其中的原因。
视频版:三元VS磷酸铁锂?谁才是国内动力电池的“一哥”?
两款电池的的负极、电解液及隔膜等均类似, 最大的区别在于正极材料,并以此取名 。
三元电池有NCM和NCA两类。NCA镍钴铝电池,主要应用于圆柱电池中,例如特斯拉。而国内绝大部分车型都采用NCM镍钴锰电池。
三元常见的表达方式还会在NCM后加一串数字,例如NCM523、NCM811等,代表了镍钴锰在材料中的大概比例。
受结构影响,磷酸铁锂和三元在性能方面各有优劣,我们从大家最关心的几个点依次分析: 能量密度、快充性能、循环寿命、安全性、成本 。
能量密度:
对于用户来讲,续航里程是首要关注点。在其他因素相同时,能量密度越高,意味着续航里程越长。
从电芯层面来讲, 三元电池能量密度更高 。磷酸铁锂正极材料的额定电压、理论比容量(mAh/g)均低于三元电池,且其能量密度已开发到“天花板”。
而 三元NCM电池还可以通过提高Ni元素比例 ,进一步提高实际比容量(mAh/g), 提高电芯能量密度 。
快充性能:
快充时间,尤其是低温快充,作为制约电动 汽车 发展的关键因素之一,也是改善用户用车体验的关键点。
理论上,三元电池有优势 。其 二维的锂离子脱嵌通道 与均衡的电解液设计,使得在充放电过程中, 锂离子可以在一张面上快速移动脱嵌 , 充电速率自然就快了起来。
而磷酸铁锂结构因其一维的锂离子脱嵌通道,和侧重高温性能的电解液设计,导致其锂离子迁移速率慢,尤其是低温充电速率慢。 这一特性直接影响了其在乘用车领域的应用。
循环寿命:
理论上, 磷酸铁锂在寿命方面存在优势 。 其橄榄石晶体结构更稳定 ,膨胀更低、电化学反应更稳定。
安全性:
磷酸铁锂电池在安全方面具有无可比拟的优势 。其正极电压低,不存在类似于三元的释氧热链式反应, 热稳定温度可以达到300℃以上,而三元电池在150-200℃左右。
经济性:
价格上,目前磷酸铁锂LiFePO4有明显优势 , 原材料相对价格便宜,国内产业链相对成熟。
而想要降低三元NCM (LiNixCoyMn1-x-yO2) 电池价格,钴元素是关键。 钴主要是伴生矿,产量少且分布不均,全球钴矿主要集中在刚果(金),澳大利亚、古巴等地,约占全球储量的80%,2018上半年刚果(金)政局变动便造成钴价大幅波动,价格持续高涨。
粗略比较,磷酸铁锂要比三元价格便宜0.1~0.2元/Wh。 对于一个50kWh电池包,仅电芯就可降本近0.5~1万元。 这对整车生产厂商和用户都是一个不小的吸引点。
简单说,三元在能量密度、快充速度方面有优势,磷酸铁锂在循环寿命、安全、经济性上有优势 。
但在电动 汽车 发展前期,电池包能量密度<140Wh/kg,整车NEDC续航里程大多低于300km。 当时影响电动 汽车 发展的瓶颈在于续航里程,且有国家补贴政策支持,可弥补经济性的不足,所以三元锂电池是首选。
随着国家新能源补贴政策的退坡,新能源 汽车 要开始与传统燃油车赤身拼搏,各整车生产厂商都面临巨大降本压力。与此同时, 磷酸铁锂电池被人诟病的能量密度和充电缺点,也在随着技术的发展得到改善 。
能量密度方面: 随着CTP(Cell to PACK),即是电芯直接集成为电池包技术的成熟,更高效电池包集成、更低整车能耗,磷酸铁锂车型的续航,已有能力提升至400km甚至500km以上。
充电方面: 随着电芯快充、热管理、充电桩技术的发展,应用于乘用车的磷酸铁锂电池也基本可以做到与主流三元相同的快充速率。
成本方面: 国家补贴政策退坡,NCM811电池虽降低了钴含量降低成本,但工艺复杂,现阶段生产成本较NCM523无明显优势。此时成本更低、寿命更长的磷酸铁锂电池,自然被更多车企选择,成为主流趋势。
1) 磷酸铁锂电池,充分发挥其在成本、寿命及安全方面优势主打中低端的车型和运营车,续航在400km左右。
2)三元依赖于其高的能量密度、更快的快充速度、更长的续航里程,主打中、高端车型,续驶里程≥500km。
根据市场端需求定位规划,为用户购车提供了更多的选择,不存在谁替代谁 。相信今年一定陆续会有很多经济型的磷酸铁锂和高续航的三元车型上市。
至于特斯拉,在国内大概率会采用CATL的磷酸铁锂电芯,而“cobalt free”是否是要进一步减低三元电池中钴元素含量,研发新一代电池,还耐人寻味,让我们拭目以待!
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