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佛山市貝瑞爾電氣科技有限公司是一家由企業家、教授和歸國留學人員為主要股東的高科技民營股份制企業。憑借雄厚的研發實力，在電力電子領域有自己獨到的核心技術與專利。
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全球最大氧化還原液流電池 如何為7.5 萬家庭供電
上周，特斯拉剛剛宣布將在南澳打造全球最大鋰離子電池儲能設施。 而現在，德國能源公司 Ewe Gasspeicher GmbH，也計劃在國內打造一套全球最大的氧化還原液流電池(redox flow battery)，它就是 brine4power 。 其計劃在地下鹽穴中建造該電池系統，該電池會將電能儲存在液態電解質中，建成后可為 7.5 萬戶家庭提供能源。 全球最大的氧化還原液流電池(brine4power)將在德國 Jemgum 天然氣儲存設施所在地開建。 在這種電化學電池中，陰陽兩種電解液被允許電子穿透的專用膜給隔離開來。兩種電解液中的帶電分子，會從電池中被泵入儲罐，從而將能量保存數月。 當其處于充電狀態的時候，電子會從陰極電解液中釋放(被添加到陽極電解液中)；放電的時候，這個過程又會反過來。 Ewe Gasspeicher 的這套電池系統，正式名稱為“brine4power”，其基于耶拿市弗里德里希·席勒大學的一套系統所開發，后者使用可回收聚合物作為鹽水電解質的活性分子。 團隊稱，與常規氧化還原液流電解質所采用的重金屬 / 硫酸混合物相比，這些材料更加環保。 brine4power系統圖解，其采用了鹽水和可回收聚合物打造的電解液，并存儲在地下的巨大鹽穴中。 brine4power 系統將在 Jemgum 天然氣儲存設施所在地建造，以充分利用那里的兩個巨大的地下鹽洞(當前被用于儲存天然氣)。 每個鹽洞的容量達到了 10 萬立方米(350 萬立方英尺)，因此電池總容量也達到 700 MWh，輸出功率亦可達 120 MW 。 brine4power 項目主管 Ralf Riekenberg 表示，預計該氧化還原液流電池設施也在 2023 年底投入運營。
2017-09-26
雙鋰離子電池打破續航瓶頸
我們使用的智能手機、平板電腦和筆記本電腦中大多使用的都是鋰離子電池，這類電池使用液體作為電解液，但這些液體電解質是非常易燃的，從這方面來考慮，固體電解質可能會更安全，但固體電解質本身具有不規律性，在使用上需要相當謹慎。 麻省理工學院 (MIT)的研究人員發現了一種雙鋰離子電池，該電池把液態和固態電解質相結合，通過使用平滑固體電解質表面來防止液態電解液短路起火。 電池中的電解質是介于正極和負極之間的材料。當電池充電或者放電時，電離子從一個電極通過電解質傳到另一個電極中。而通常使用的液體電解質是易燃的，并且它們也很容易形成樹突，樹突會造成電池短路從而破壞電池。為了解決這個問題，研究人員試圖使用固體電解質，例如特制的陶瓷材料，雖然這可以消除短路的可燃性風險，但實際測試表明，固體電解質的運行及其不規律，它們會比預期更容易發生短路。 早前研究人員對固體電解質性質有了錯誤的理解，他們認為固體電解質的堅固性決定樹突是否會產生，但 MIT 研究人員發現電解質的平滑度才是防止樹突的重要因素。MIT 研究人員認為電解質的固定性并不能決定電池樹突是否能夠滲透到電解質中。 研究表明，電解質表面的光滑度是防止樹突的重要因素，電解質表面上的細小劃痕可能為樹突的產生奠定基礎。使用光滑的固體電解質可以消除電解質可燃性的問題，并且同樣可以使用固體鋰金屬作為電池電極，液固結合電解質潛在地使鋰離子電池的電池容量再增加一倍，目前這項電池技術還正在深入研究當中，一旦可行這將打破電動車和便攜式設備的續航瓶頸。
2017-08-08
邊開車邊充電 解密巴黎百米充電跑道黑科技
充電對于電動汽車來說像是Bug一樣的存在，如果有一天，電動汽車擺脫充電樁的束縛，不用到處找充電樁，充電比加油還方便那該有多好。 看到這里大家應該都明白今天要討論的主題了，無線充電。不過不同于停在車位里的無線充電，我們今天要討論的是邊開車邊充電的技術。當然了它還有一個非常學術的名稱，叫做電動汽車動態充電(DEVC)技術。 想象一下，電動汽車不用刻意充電，每天開在路上就能充電，帶來的好處多多。首先可以給電池“減負”，因為可以隨時隨地給車充電，所以大容量的電池不那么必要了，車輛的載重也隨之下降。 其次充電再也無需等待，現在電動汽車充電始終無法做到像汽油車加油一樣方便，而無線充電可以邊開邊充，減少時間成本。最后解決了續航里程問題，電動汽車的續航里程被無線拉長，里程焦慮問題不存在了。 聽起來挺天方夜譚的？其實從理論上來說，它實現起來并不難，我們先來了解一下它的原理。 一、無線充電是怎么回事？ 還是從無線充電說起。我們知道無線充電靠的是電流和磁場，電和磁這對相愛相殺的CP，經常在一起搞事情。 1819年，丹麥科學家奧斯特觀察到一段導線上如果通有電流，四周就會產生磁場。后來人們發現，將導線圍成環狀，甚至繞成線圈，產生的磁場將會更強、更集中，這稱為電流磁效應。 1831年法拉第發現，如果讓一塊磁鐵或其他的磁場來源靠近一段沒有電流的線圈，線圈上就會產生感應電流，這稱為電磁感應。 那么如何讓電和磁發生作用，穩定地給我們輸出電流呢？ 我們需要兩個線圈，把一個線圈通上電，那么這個線圈周圍就有了磁場；接著我們將另一個線圈靠過去，那么這個線圈就有了電流。電流引導到電池內，就可以完成無線充電了。 運用到汽車領域，這就是電磁感應式無線充電。 我們給位于地面的線圈通上交流電，隨著電流大小和方向的改變，線圈周圍的磁場強弱和方向也不斷改變，形成一個交互磁場。這時車輛底盤的線圈就處在一個不斷變化的磁場中，線圈內部會產生一個交互電流，通過一系列電路整流后，實現給電池充電。 二、被逼出強迫癥的無線充電 電磁感應式無線充電是各大汽車公司在研究無線充電初期比較喜歡采用的技術。 奔馳、奧迪、沃爾沃等汽車公司都曾經研究出一批電磁感應無線充電的車型。 在停車位上會有個長得像是墊子一樣的東西，其實它是一個初級線圈，用來產生磁場。可用于無線充電的車輛底盤也會有一個線圈，我們稱之為次級線圈，用來產生電流。 不過電磁感應式無線充電有一個很大的弊端，那就是距離。這種技術想要產生電流，兩個線圈必須“嚴絲合縫”地相對，一旦發生偏差，電流就不會產生。 所以這樣的技術往往需要搭配精準的自動泊車技術，要讓車輛正好停在無線充電的墊子上方。 聽起來就覺得很麻煩是不是？這是要讓人人都練成處女座加強迫癥的節奏。 于是，科學家們就研究另一種無線充電技術，那就是磁場共振無線充電。我們知道當兩個物體采用相同的振動頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量。 磁場共振，就是初級線圈產生一個以固定頻率振動的磁場即諧振磁場，然后讓次級線圈磁場的振動頻率與之相同，產生共振，最終實現能量轉移。 2007年，麻省理工學院的研究團隊通過一個電磁共振器成功點亮了一個2m開外的60W燈泡。 在汽車領域，豐田在2012年就做過實驗，在一輛插電式混合動力的普銳斯上，增加了一個可按照一定頻率振動的次級線圈。停車位上有一個諧振磁場，當它們都按照相同的頻率振動時，次級線圈就能將諧振磁場的電流轉換過來。 這個無線供電系統的輸出功率為2kW。使用頻帶是在國際上取得共識的85kHz，電力傳輸效率約為80%。 在這個驗證實驗中，地面的諧振磁場與車輛底部的次級線圈的距離約為15cm左右。水平錯位的最大允許范圍是一條輪胎的寬度(20cm左右)。 高通也曾經推出過無線充電系統，名為Halo，不過也停留在靜態無線充電。 采用磁共振效應實現地面充電墊與電動車充電板之間的能量傳輸，這套充電系統功率可達20kW，充滿85kWh的特斯拉MODEL S P85的電池組大約需要5h。 三、讓電動汽車動起來 如果將充電墊或者說是諧振磁場放到道路里，那么車輛就可以實現邊跑邊充電了，從此告別充電樁。 在今年5月份的時候，高通在巴黎使用一臺雷諾全電動的Kangoo廂式貨車完成了動態無線充電道路測試。 兩輛電動汽車按照不同速度，行駛在這條100m長的道路上，同時完成了充電。測試中，Kango測試車的時速達到100km/h，最大充電功率能達到20kW。 高通建設的這條長100m的道路測試包含4塊能量供給單元，每個單元負責25m道路的電量供應。同時，每25m長的能量段擁有與14個子模塊，內含線圈和能量轉換電路。 至于成本問題，雷諾、法國電力公司和法國北部高速公路公司的一項研究指出，建設動態充電道路的成本為400萬歐元/km(雙車道)，價格可以說是相當昂貴了。 如此“金貴”的道路看來只能先在公交道上普及了。在韓國，韓國科學技術院(KAIST)就在南部龜尾市的火車站建設了一條12km長的動態充電道路，跑在上面的電動公交車就是利用磁場共振實現無線充電。 說完了國外，我們國家在無線動態充電上的研究也不落人后。比較知名的有中興通訊，目前已經在重慶、湖北等地展開無線充電示范線的測試。 無線動態充電目前還處在研究狀態中，離大面積普及還有很長的一段距離。隨便一想就有一大堆問題還沒有解決，比如車輛的兼容性能否一致，道路是開放的還是封閉的，公路的電流能否負荷多輛車進行充電？另外還有道路的監測和養護。這些都是無線動態充電的攔路虎，不過科技總是在不斷發展的，相信科技的力量，充電的難題總會解決。電動汽車邊開邊充電絕對不是癡人說夢。 編輯點評：以目前的技術，要想實現邊開車邊給電動汽車充電，需要對道路進行改造，有很多人認為造價太貴，得不償失。不過任何先進的科技，都是伴隨著爭議發展起來的。讓科學家們的腦洞再大一點吧，也許有一天充電可以真的可以像WIFI一樣方便、快捷。
2017-07-13
2017年電池行業技術特點全景掃描
近年來，由于種種新技術的開發，鋰作為一種功能多樣的金屬，其需求不斷增長。鋰電池檢測系統行業技術水平與電芯的類型、鋰電池的指標要求、應用領域等情況密切相關。以下是2017年電池行業技術特點分析。隨著鋰電車的市場需求擴大，鋰電池價格優勢越來越明顯，從原來50%的整車價格占比到目前的20-25%。 一直以來，全球鋰電池產業基本集中在中、韓、日三個國家。國內空前火熱的鋰電池市場將形成中日韓“三國殺”的格局。雖然日韓鋰電池巨頭進軍中國將對國內動力鋰電池廠商形成巨大的競爭壓力;但也將進一步激活上下游產業鏈，對國內鋰電池乃至新能源汽車市場的發展起到巨大的促進作用。 如果我們做產業化的高效電池，有兩個基本條件，一個是高效率，另一個是低成本。如果這么做基本技術在那里?表面鈍化技術是非常重要的環節，另外是電池結構包括PERC、PERT、PERL等電池。 上午天合的馮博士也說到這了，現在可產業化的高效電池就是兩種結構，一種是趙建華博士在1988年提出的PERC和PERL電池，PERL電池已經達到25%的效率。還有一種是異質結電池，破了25%的效率之后也是非常熱，達到了25.6%的效率，英文簡稱BJBC電池。 所以現在看，BJBC可以是同質結也可以是異質結，這是一個非常重要的里程碑，但是對于可產業化來說，目前在這種技術在產業化上都遇到了一個成本非常高的問題，我覺得是我們努力的方向，但是如果真正把成本降下來，做到目前的可以大規模產業和的程度，還得至少三、五年的時間。 2017-2022年中國電池技術行業發展前景分析及發展策略研究報告表明，如果做可產業化的技術，目前有PERC和IBC兩種技術，前者成本低一些，比普通電池高10%左右，大家能接受。產業化的技術可分為小于21%的效率和大于21%效率技術。 PERC電池效率小于21%，這種技術通常是P型硅電池，使用了發射極高方阻技術，這個技術能夠使前面發射極的鈍化效果非常好，上午看杜邦的講演漿料可以在90歐姆/Sq方阻的發射極上做電極，實際上他們兩年之后能做到110歐姆/Sq。 如果說前表面方阻能做到100歐姆/Sq以上，前我個人認為前表面發射極技術基本上沒有太大的改進空間了，為什么電池前表面選擇性發射極技術這些年大家基都不做了?發射極方阻本身都做到100歐姆/Sq以上了，這種技術的優勢也基本上喪失掉了。 前表面做好了之后，電池效率的提升主要是背面鈍化。現在大家做的PERC結構或者叫點接觸結構，這方面應該說最容易產業的，當然還有接觸點有高摻雜的，這就是PERL電池結構，這種工藝相對復雜一點。現在激光的技術的快速發展，還有三氧化二鋁的鈍化，背面局域接觸的PERC電池從工藝、技術上非常成熟了。 但是像我上午說得，趙博士在26年前提出來的PERC電池結構，走了20多年才走到產業化，從概念提出到真正的產業化也是非常不容易的過程。 如果電池效率高于21%，這時候低成本產業化P型硅PERC目前看很難達到，所以要用一些新的電池結構，像天合做的IBC電池。目前盡管天合比Sunpower成本低了很多，總體來說比目前的普通電池成本高一倍以上，這方面，低成本化還是大家需要努力的。 另外還有HIT電池。HIT電池的效率一般都在22%左右，我下面還要講，HIT電池看起來結構非常簡單，但實際上制備工藝是一種非常精密的異質界面控制技術，這種技術工藝窗口很窄，搞半導體集成電路的人有體會。我們要發展HIT電池技術需要做這種精密的界面控制，相對來說還是需要很大的努力。 “十三五”支持我國大規模晶體硅電池效率達到23%，所以說IBC電池、HIT電池是發展的方向。鈍化技術要達到這么高的效率水平，實際上有兩個基本技術，一個是鈍化技術，現在三氧化二鋁鈍化是非常好的，過去鈍化使用ALD技術，比較復雜的設備，也比較貴，現在出現了等用離子體三氧化二鋁鈍化，產業化比較便宜。 還有一個重要的技術是結形成技術，N型硅電池是一個方向，但是需要硼擴散形成發射極，擴散溫度高。剛才48所介紹了減壓擴散是比較好的方向，它的裝片量和擴散均勻性都比較好。第二是離子注入技術，它形成的PN結非常均勻。 還有兩種比較簡單的N型硅電池PN結制備技術，一種是鋁漿燒結，先絲網印刷鋁漿，通過燒結形成了一種PN結，電池效率能夠接近20%的效率，工藝簡單，所以大家做的熱情比較高。還有一個就是硼磷共擴散技術，效率可以達到21%。 大容量方形電池是動力電池發展方向。在日本，以18650圓柱電池為主，全自動化生產設備，源于成熟的鎳氫電池產業。在中國，大容量電池的全自動化生產制造設備的發展，工藝路線的不斷發展和成熟，保證了大容量電池的品質、一致性、安全性，也保證了電源成組技術的實施。
2017-06-20
特斯拉電池技術大突破：48萬公里僅衰減5%
目前就連奔馳也不得不承認燃油車沒有未來，電動方案才是主流趨勢。 不過，現在困擾廠商和用戶的除了電池續航問題之外，還有能量衰減。 通常，電池的儲電性能會隨著充放電次數的增加而下降，這就帶來了更加嚴重的續航不足問題。 但是，特斯拉的工程師似乎已經找到了更好的解決辦法。 特斯拉首席電池科學家Kurt Kelty和技術研發伙伴加拿大Dalhousie大學的Jeff Dahn在最新的技術演講中表示，研究小組已經在電池性能領域取得重大突破，能夠讓車輛在行駛48萬公里后，電池的衰減控制在5%以內。 Jeff Dahn介紹稱，提高NMC三元鋰電池中的某種化學成分，可以限制高壓下電池運行時產生的有害氣體，而這種改進后的電池單體能夠在超過1200次循環后依然有著優秀的性能表現。 把電池單體制成電池組，1200次循環等同于車輛行駛大約30萬英里(約合48萬公里)，這意味著以每年行駛2萬公里計算，特斯拉車主在連續開24年后電池容量仍然可以達到出廠容量的95%。 目前，這項技術已經在特斯拉即將推出的新車當中使用，預計會是定于今年7月推出的Model 3轎車。
2017-05-19
新換電模式襲來 電動汽車續航不再焦慮？
雖然電動汽車在全球汽車市場逐漸開始普及，越來越多的消費者開始嘗試電動汽車。但充電效率和電池續航依然是電動汽車面臨的兩個最棘手的問題。以目前的電動汽車市場需求來看，短時間內只要能夠在這兩個問題中解決一個，就可以讓電動汽車擁有更好的體驗。 日前，一家芬蘭裔美國公司Tanktwo想到了曲線救國的好辦法。他們把電動汽車的電池做成一個類似油箱的空盒子，并將雞蛋形狀的獨立電池包無規則的放到箱子中。每個電池包都配有鋰離子電池和一套電池控制系統，通過電池控制系統能夠將整個電池箱內的電池包都鏈接到一起進行充電或是放電。這就是他們引以為豪的String電池系統。 “換電”解決續航問題 乍一聽似乎沒什么特別，只不過從固定的電池組換成了可活動的獨立電池，但有趣的是，Tanktwo通過一套高速真空傳輸系統，可以迅速將箱內所有的電池包抽出，并注入充滿電的電池包。而這一套更換電池包的程序僅需不到3分鐘。是不是跟燃油汽車加油的思路有點像？ 相比傳統的純電動汽車，Tanktwo的String電池系統另辟蹊徑的解決了充電效率低的問題，同時保證了日常使用時純電動汽車的經濟性。在不需要快速補充電力時，可以使用常規電動汽車的充電方式并享受較低的使用成本；而在需要長距離行駛時則可以在“換電站”購買“換電池包服務”，迅速補充電力繼續行駛。并且得益于智能手機和平板等設備的快速發展，便攜式的鋰電池目前價格也已經較為便宜，所以可以預見的是即便采用“換電池包”的方式進行電力補充，價格也不會高的離譜。 當然，Tanktwo也表明了未來的規劃。他們會提供不同電量的電池包供消費者進行選擇。就像是93號汽油和97號汽油一樣，電池也可以分為低續航和高續航等不同版本。當中短途旅行時，較便宜的低續航電池包就夠了，而當需要進行長途行駛時，或是即將經過一段沒有換電站的地區時，就需要考慮換上高續航的電池包。 針對續航，Tanktwo的String電池系統可以提供更加快捷方便的電動汽車使用方式。而針對電動汽車整體來說，它也解決了在接下來的幾年會遇到的另一個重要問題：電動汽車殘值較低。電動汽車電池包衰減的問題，一直以來都被消費者所詬病。而電池包衰減除了日常使用上的不便之外，也成為了電動汽車二手交易的致命傷。目前國內市場電動汽車的交易慘淡也證明了這一點，畢竟誰也不想開一臺標稱300公里實際100公里的二手電動汽車。 如果有電動汽車廠商采用了Tanktwo的String電池系統，那么電池衰減的成本則不需要消費者來承擔，因為你隨時可以通過較低的價格來給自己的電池組“換新”。如此一來，在二手交易時電動汽車只作為使用電池的容器，交易過程并不包括電池，也就不會因為電池衰減導致殘值過低。 解決了不少問題，但還面臨一些問題 對于目前的Tanktwo來說，最大的問題有兩個：1.基礎設施建設；2.如何讓用戶接受并相信String電池系統。基礎設施自然不必多說，以特斯拉這樣實力的公司目前也很難將超級充電站鋪設的像加油站那么多，而如果續航里程更短的電動汽車沒有足夠的換電站支持的話，體驗差的可就不是一星半點了。 與此同時，盡管這項技術已經在業內掀起了一些波瀾，但Tanktwo還沒有提供實裝這套設備的車輛進行展示。消費者在嘗鮮時往往表現沒有那么主動，如果這項技術遲遲找不到合適的合作伙伴進行實車展示和試用，難免會產生出一些“炒概念”或是“PPT造電池”這樣的言論，可信度將會急劇下降。 目前全球的廠商都在尋找能夠解決續航或是充電效率的辦法，雖然Tanktwo的String電池系統目前看起來很美，但“換電”概念并不是他們先提出來的，保不齊哪天馬斯克就從褲襠里掏出一項類似的黑科技，并迅速通過自家的車型普及到市面上，再次引發電動汽車的行業變革。所以像Tanktwo這樣的小公司，速度將是決定勝敗的第一要素。
2017-04-28
動力電池要求 300Wh/kg比能量目標如何實現
3月1日，四部委印發了《促進汽車動力電池產業發展行動方案》通知，明確指出了當前動力電池存在的不足和今后的發展方向。通知中將提高電池比能量作為今后的重點發展目標之一，關鍵指標和時間節點如下： 1.到2020年，鋰離子動力電池單體比能量〉300Wh/kg；系統比能量爭取達到260Wh/kg；成本<1元/瓦時；使用環境達-30℃到55℃；具備3C充電能力 2.到2025年，單體比能量達500Wh/kg 3.力爭實現單體電池350Wh/kg、系統260Wh/kg的鋰離子電池產品產業化和整車應用 4.新型動力電池方面，積極推進鋰硫電池、金屬空氣電池、固態電池的研究和工程化開發，2020年單體比能量>400Wh/kg、2025年達到500Wh/k 從指標的文字描述中可以看到：第1項指標是要求在鋰離子電池體系下實現的，第3項指標應該是在鋰離子電池體系下再往前沖一沖，所以提出了“力爭實現”。至于第2、4項指標，鋰離子電池體系估計無能為力了，必須要開發新的電池體系。 盡管鋰硫電池、金屬空氣電池、固態電池的研究歷史已經很長，但是其技術進步還是比較緩慢。如今各種交叉學科發展已經有了較大進步，這將有助于繼續開發這些電池體系，期待能有突破。 經常看到很多媒體報道把“比能量”和“能量密度”混淆了。通常，使用“比能量”來描述單位質量的能量水平(Wh/kg)，用“能量密度”來描述單位體積的能量水平(Wh/L)。 這里我們來主要看一下在鋰離子電池體系下的比能量發展途徑。 鋰離子電池單體比能量 2016年發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》提到了純電動汽車動力電池的比能量目標是2020年350Wh/kg，2025年是400Wh/kg，2030年是500Wh/kg。該目標與四部委提出的指標很接近，也在業內引發了熱議。我們梳理一下2016年媒體報道的各大電池企業的比能量目標和實現路徑： 比亞迪：三元電池希望在2018年做到240Wh/kg，2020年大概做到300Wh/kg。正極采用高鎳三元材料，負極采用氧化亞硅或納米硅， 寧德時代：2016年可以做到200-250Wh/kg，“十三五”期間希望實現350Wh/kg目標，材料體系為高鎳三元/硅碳材料 國軒高科：2020年目標是300-350Wh/kg，采用高鎳三元正極材料，硅基負極材料，5V高電壓電解液 比克：18650圓柱第四代產品(3.0Ah)普遍可以達到220-230Wh/kg，2017年第五代產品(3.6Ah)的比能量預計可以達到250Wh/kg。比克是較早鎖定三元材料路線的企業。 力神：正在開發200-250Wh/kg的產品，圓柱電池已經可以達到250Wh/kg，2020年爭取達到300Wh/kg，采用第三代富鋰錳基層狀材料和硅負極材料 三星SDI：2016年水平為250Wh/kg，預計2030年達到350Wh/kg(可能采用了其他電池體系了) 值得注意的是，寧德時代、天津力神、國軒高科三家電池企業在2016年還入圍了科技部重點專項，該項目的考核指標為： 動力電池新材料新體系(基礎前沿類)：考核指標：新型鋰離子電池樣品能量密度≥400Wh/kg，新體系電池樣品能量密度≥500Wh/kg 高比能量鋰離子電池技術(重大共性關鍵技術類)：考核指標：電池單體能量密度≥300Wh/kg，循環壽命≥1500次，成本≤0.8元/Wh，安全性等達到國標要求；年生產能力≥2億瓦時，產品累計銷售≥3000萬瓦時或裝車數量≥1000套。 這些重點專項的考核指標還對循環壽命、安全性能、甚至銷量和產能提出了要求，這對入圍的電池企業也是不小的考驗。 從所有公開的信息可以看到，中國各大電池企業實現300Wh/kg的技術路線可以歸納為： 正極材料：高鎳三元，或者富鋰錳基 負極材料：硅基材料 電解液：高壓電解液 隔膜：目前還是PP、PE為主，外加陶瓷涂層 下表是2015年歐洲-日本技術研討會上展示的一組數據，描述了在鋰離子電池體系下，實現不同比能量水平可采用的材料體系。可以看到，其實在材料體系的選擇上，各國的情況都比較類似。 下面我們看一下日本電池企業的情況。在日本NEDO(NewEnergyandIndustrialtechnologyDevelopmentOrganizationofJapan)的牽頭下，日本電池企業都積極參與了高能量電池的研究和投入。例如，我們看一組2016年日立Hitachi的數據： 正極材料：高鎳層狀三元 正極電極：335g/m^2，3.0g/cm^3 負極材料：硅合金和石墨的復合材料,容量比1：1 負極電極：2.1g/cm^2 電池容量：30Ah，軟包電池 充電上限電壓：4.2或4.4V 放電下限電壓：2.0V 電流：C/20，或C/3 圖1是其測試數據。我們可以看到，充電電壓為4.2V、電流為C/20(Cell-4.2)時，比能量為290Wh/kg；充電電壓為4.4V、電流為C/20(Cell-4.4)時，比能量為335Wh/kg。同時，Hitachi也指出，雖然初始比能量很高，但是在經過100次循環之后，容量衰減極大。估計這種情況也是現在很多電池企業正在頭疼的問題：比能量指標實現了，但其他性能還不行。 圖1Hitachi30Ah電池數據 綜合來看，單純實現300Wh/kg的目標在2020年基本是可行的。問題是：實現了這個目標是否就表示能用在電動汽車上呢？答案肯定是否定的。汽車動力電池是一個系統工程，滿足比能量要求只是條件之一，其他性能(充放電倍率、功率、壽命、安全性等)也是至關重要的。在實現高比能量的目標的基礎上，綜合發展、提高其他各項性能指標，還需要投入更多的時間和精力。
2017-03-21
鋰離子電池高電壓技術及產業發展現狀
隨著用電設備對鋰離子電池容量要求的不斷提高，人們對鋰離子電池能量密度提升的期望越來越高。特別是智能手機、平板電腦、筆記本電腦等各種便攜設備，對體積小、待機時間長的鋰離子電池提出了更高的要求。同樣在其他用電設備，如：儲能設備、電動工具、電動汽車等也在不斷開發出質量更輕、體積更小、輸出電壓和功率密度更高的鋰離子電池，所以發展高能量密度的鋰離子電池是鋰電池行業的重要研發方向。 一高電壓鋰離子電池開發的背景 為了設計高能量密度的鋰離子電池，除了對其空間利用率的不斷優化，提高電池正負極材料的壓實密度和克容量，使用高導電碳納米和高分子粘接劑來提高正極和負極活性物質含量外，提升鋰離子電池的工作電壓也是增大電池能量密度的重要途徑之一。 在鋰離子電池的截止電壓正由原來的4.2V逐步過渡到4.35V、4.4V、4.45V、4.5V和5V，其中5V鎳錳鋰離子電池具有高能量密度、高功率等優異特性，將是未來新能源汽車及儲能領域發展的重要方向之一。隨著電源研發技術的不斷發展，將來更高電壓、更高能量密度的鋰離子電池將逐漸走出實驗室，為消費者服務。 二高電壓鋰離子電池應用現狀 通常說的高電壓鋰離子電池是指單體充電截止電壓高于4.2V的電池，如：在手機上使用的鋰離子電池，截止電壓由4.2V發展到4.3V、4.35V，再到4.4V(小米手機、華為手機等)。目前4.35V和4.4V的鋰離子電池已在市場上成熟使用，4.45V和4.5V也開始受到市場青睞，逐步會發展成熟起來。 目前國內外手機和其他數碼類電子產品電池的生產廠家都在朝著高電壓鋰離子電池這個方向前進。高電壓及高能量密度的鋰離子電池在高端手機及便攜式電子設備上會有更大的市場空間。正極材料和電解液是提高鋰離子電池高電壓的關鍵性材料，其中改性高電壓鈷酸鋰、高電壓三元材料的使用將更加成熟和普遍。 高電壓鋰離子電池隨著電壓的提升，在使用過程中某些安全性能會降低，因此在動力汽車上還沒有批量使用。目前動力汽車所用電池正極材料主要還是以三元材料、磷酸鐵鋰為主。為了提升能量密度滿足需求，一般選擇811NCM和NCA等高鎳正極材料、高容量硅碳負極或提高電池空間的利用率等方式來提升其能量密度和續航能力。 三高電壓鋰離子電池主要材料及工藝進展現狀 高電壓鋰離子電池的性能主要是由活性材料和電解液的結構和性質所決定的，其中正極材料是最關鍵的核心材料，電解液的匹配作用也十分重要。以下主要分析目前高電壓正極材料的研究和應用現狀。 1、高壓鈷酸鋰材料的研究現狀 目前研究和應用最廣泛的高電壓正極材料是鈷酸鋰，它具有二維層狀。結構，α-NaFeO2型，更適合于鋰離子的嵌入和脫出。鈷酸鋰的理論能量密度274mAh/g，其具有生產工藝簡單且電化學性質穩定等優點，因此市場占有率較高。鈷酸鋰材料在實際應用中只有部分的鋰離子能夠可逆的進行嵌入和脫出，其實際能量密度大約為167mAh/g(工作電壓為4.35V)。提升其工作電壓可以顯著提高其能量密度，例如將工作電壓由4.2V提升至4.35V其能量密度可以增加16%左右。 但是在高電壓下鋰離子多次從材料中嵌入和脫出會使鈷酸鋰的結構從三方晶系到單斜晶系發生轉變，此時鈷酸鋰材料不再具有嵌入和脫出鋰離子的能力，同時正極材料的顆粒發生松動并從集流體上脫落，導致電池的內阻變大，電化學性能變差。 目前鈷酸鋰正極材料的改性，主要還是從摻雜和包覆2個方面對材料的晶體結構穩定性和界面穩定性進行提升。 目前鈷酸鋰高電壓材料在高能量密度電池中已批量使用，如高端手機電池廠家對電池性能的要求越來越高，其中主要體現在對能量密度的更高要求，例如以碳作為負極的4.35V手機電池能量密度要求在660Wh/L左右，4.4V手機電池已達到740Wh/L左右，這就要求正極材料具有更高的壓實密度、更高的空量發揮，以及在高壓實和高電壓下的材料結構具有更好的的穩定性。但鈷酸鋰電極材料存在鈷資源匱乏且價格昂貴等缺點，此外鈷離子具有一定的毒性，這些缺陷限制了其在動力電池中的廣泛應用。 2、三元材料的研究現狀 為了降低鈷的用量及提高電池的安全性能，研究者開始致力于層狀三元高電壓材料(LiNixCoyMn1-x-yO2或LiNixCoyAl1-x-yO2)的研究。在該類三元材料中，鎳(Ni)元素起到提供容量的作用，鈷(Co)能夠減少鋰(Li)與Ni的混排，錳(Mn)或鋁(Al)能提高層狀材料的結構穩定性，從而提升電池的安全性能。該類電池主要用于一般常規數碼電池，如：充電寶、商務備用電池等，視作鈷酸鋰的代用品，提高電池的價格競爭力，以鎳鈷錳比例為5∶2∶3為最常見。 在動力汽車方面有不少廠家在試用，其提高能量密度的方式，主要是提高單體鋰離子電池的工作電壓和增加三元材料中的鎳含量，但目前行業還都在開發階段，沒有批量產品。這主要是目前動力電池首先要滿足電池的高安全性、一致性、低成本和長壽命，容量的提高還不是首要問題。 三元材料的主要問題是隨著鎳含量的提高，材料的堿性變強，對電池制作工藝和環境的要求越來越高;同時材料的熱穩定性降低，在循環過程中會釋放氧氣，導致材料的結構穩定性變差;在充電狀態下，鎳具有較強的氧化性，對電解液的匹配性也提出了更高的要求。所以三元電極材料在推廣和使用上局限性較高。 3、錳基正極材料研究現狀 錳酸鋰是典型的尖晶石型結構正極材料，文獻報道理論能量密度為148mAh/g，其能量密度低于鈷酸鋰和三元材料，它具有價格便宜、熱穩定性高、環境友好及制備容易等特點，有望在儲能電池及動力電池上大規模應用。 在動力電池上，錳酸鋰在國內的應用對比三元材料和磷酸鐵鋰還不夠廣泛，主要是受限于其能量密度低和循環壽命差的缺點，產生電池的續航里程短和使用壽命過低的問題。錳酸鋰的循環性能尤其是高溫(55℃)循環性能一直飽受詬病，其主要影響因素分為3個方面： ①表面Mn3+的溶解。由于目前常規電解液所用的鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF6)，電解液本身含有一定量的氫氟酸(HF)雜質，電池體系中痕量的水會導致LiPF6的分解產生HF，HF的存在會侵蝕錳酸鋰(LiMn2O4)并導致Mn3+發生歧化溶解，2Mn3+(固相)→Mn4+(固相)+Mn2+(溶液相)。在放電末期及大倍率放電條件下材料表面的Mn3+含量高于體相，加劇了材料表面Mn3+含的溶解。 ②姜泰勒效應。電池放電過程中，特別是過放的情況下，在材料表面生成的Li1+δ[Mn2]O4，熱力學不穩定，同時材料結構由立方相向四方相的轉變，原有的結構遭到破壞，因而材料的循環性能變差。 ③Mn4+的高氧化性。在充電末期或者過充電情況下，高度脫鋰的Li1+δ[Mn2]O4材料中Mn4+具有較強的 氧化性，能夠氧化分解有機電解液，惡化電池的循環性能。目前絕大部分錳酸鋰電池能量密度小于100mAh/g，常溫循環僅能達到400～500次，高溫循環只能做到100～200次，不能滿足量產需求。但事實上，占全球電動汽車銷量近20%的日產聆風汽車的電池體系就是采用的錳酸鋰電池，其續航里程可達到200km左右。 雖然錳酸鋰電池的性能受材料自身結構的制約，但只要解決其能量密度低和循環性能差的缺點，未來其在動力電池領域仍具有非常廣闊的應用空間。 為了提升錳酸鋰電極材料的能量密度及循環性能，一些研究者通過摻雜改性的方式提高正極材料的電壓，如LiMxMn2-xO4〔(M=鉻(Cr)，鐵(Fe)，Co，Ni，銅(Cu)〕5V高電壓正極材料，其中鎳錳高壓材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究最為廣泛。鎳錳高壓材料放電比容量高達130mAh/g，平臺可達到4.7V左右，能量密度高于常規工作電壓下的鈷酸鋰的能量密度，且基本沒有Mn3+的姜泰勒效應。 當工作電壓提高至5V左右時，鎳錳高壓材料與傳統鈷酸鋰、錳酸鋰、三元及鐵鋰對比，具有克容量高，放電平臺高，安全性能和倍率性能高等優點。其在電池組的配組方面有較大的優勢，但其高溫性能差和循環性還有待改善。從現在運用來看，還只是停留在鋼殼電池小批量生產階段，鎳錳高壓材料的摻雜改性及表面包覆工作還有很長的路要走。 4、高電壓電解液的研究現狀 高電壓鋰離子電池雖然在提高電池的能量密度方面有較大貢獻，但也存在諸多問題。隨著能量密度提升，一般正負極的壓實密度都比較大，電解液浸潤性變差，保液量降低。低保液量會導致電池的循環和存儲性能變差。近年來隨著高電壓正極材料的不斷涌現和應用，常規碳酸酯和六氟磷酸鋰體系，在4.5V以上電壓電池中會發生分解，循環性能差，高溫性能差等電池性能的下降，已不能完全滿足高電壓鋰離子電池的要求。因此研究匹配這些高壓正極材料的電解液體系具有十分重要的意義。 針對高壓實密度帶來的電解液浸潤性差的問題，電解液設計方面不斷在篩選氧化電位高且黏度小的溶劑，來達到高壓實電池的性能要求。另外也在使用可以提高電解液浸潤性的添加劑或氟代溶劑來改善，效果也比較明顯。
2017-01-19
2017年中國鋰電池生產設備行業調研報告
中國2016年鋰電生產設備需求超過145億元，國內生產設備產值占比80%以上，產值同比增長將超過20%。增長主要因為： 1)2015年受新能源汽車產銷量大幅增長帶動，國內出現動力電池產能不足現象，因此主流動力電池企業開啟新的擴產計劃，GGII數據顯示，2016年國內原有動力電池新增產能18GWh。 2)在國家利好政策大力扶持下，2015-2016年國內動力電池領域增加了超過25家新進入者，2016年是其上產線的密集期; 3)數碼電池更新換代，升級產線，另外部分數碼電池轉型動力領域，新上動力電池產線; 4)鋰電生產設備國產化率提高，進口比例下降。 全年來看，GGII預計2016年中國鋰電生產設備產值將超過115億元(不含進口設備)，國產化率進一步提升，其中前端設備國內產值預計將達65億元以上，同比增長超過40%。中、后端設備國內產值有望超過50億元，同比增長將超過25%。 2015~2017年中國生產設備環節國產化比例大幅上漲，還具有以下特點： 1)設備生產效率保持提升，并出現顛覆產品。從漿料攪拌系統大大縮短生產時間、涂布機效率提速、真空隧道爐顛覆傳統烤箱并明顯提高效率到八工位、八工位全自動注液機的穩定使用等均有很大提升; 2)單環節設備產能提升，自動化程度提升，但環節與環節之間的連接還不通暢; 3)資本參與鋰電生產設備領域的頻率、力度、強度等明顯提升，出現多起收購事件; 4)出現整線承包商，在線數字化系統試水。 5)年底政策性影響，要求企業擴張8GWh，電池企業瘋狂擴張。 整體來看，2017年中國鋰電生產設備產銷發展勢頭將保持高速增長。通過“2016年高工鋰電動力電池巡回調研活動”來看，GGII認為未來幾年鋰電生產設備環節仍將處于快速發展期，各環節還存在很大的機會，同時也有諸多問題。為了更好的分析研究我國鋰電設備的發展狀況，高工產研鋰電研究所(GGII)通過對國內主要鋰電設備廠家的調查，收集了大量的第一手資料。并且在進一步結合對中國超過100家電池企業訪談的基礎上，完成了《2016年中國鋰電生產設備行業調研報告》的編寫。 本報告對2016年及2017年中國鋰電設備行業的發展特點、主要產品、企業產值、發展規劃及重點企業等進行了較為詳細的調研和分析，并結合“動力電池巡回調研活動”，對2016年中國鋰電生產設備的市場規模、發展趨勢等做出專業預測。高工產研鋰電研究所(GGII)希望通過實際的調查研究，為投資者、業內人士、證券公司以及想了解鋰電設備行業的人，提供最準確最有參考價值的報告。
2016-12-27
2016年11月全國鋰離子電池產量同比增長45.63%
根據國家統計局公布數據，2016年1~11月，全國鋰離子電池行業累計完成產量同比增長36.78%。其中：11月份完成產量同比增長45.63%。2016年全國鋰離子電池行業月度產量及同比如下圖所示。 說明： 本數據來源于國家統計局月度規模以上企業統計數據。
2016-11-30
電池企業力挺產線自動化 智能制造正從“概念”落地
OFweek鋰電網訊 在“智能制造”的大背景下，動力電池傳統的制造工藝、分散訂單發展模式等很難滿足動力電池市場的高質量要求。只有瞄準高精度、全自動化、智能化的生產線制造方式，才能滿足未來新能源汽車的動力需求。 電池企業力挺產線自動化 智能制造正從“概念”落地 國家工信部發布的《智能制造試點示范2016專項行動實施方案》明確提出，重點遴選60個以上智能制造試點示范項目，形成關鍵領域一批智能制造標準，動力電池產業發展隨之迎來前所未有的契機。 隨著新能源汽車對動力電池安全性的要求越來越苛刻，傳統的制造工藝已經難以滿足電池對一致性的要求，取而代之的將是全智能自動化生產線和流水線作業，動力電池生產企業必須轉型升級。 彌補動力電池短板 智能制造是便捷路徑 特斯拉豪擲50億美元建電池超級工廠Gigafactory，到 2018 年實現 35GWh 產量的目標。超級工廠動力電池生產線高度自動化，廠區大量使用高科技機器人。例如，這些機器人只要通過使用數字地圖，就能在工廠里自由巡航，并能用傳感器探測周圍環境。這從側面反映出，國外動力電池的前沿技術和生產模式遠超于國內。 我國動力電池企業雖然數量最多，產能最大，并且已形成較為完善的產業鏈體系，掌握了動力電池的配方設計、結構設計和制造工藝技術，生產線也逐步從半自動向全自動大規模制造過渡。但要清醒認識到，國內動力電池企業在高端材料與相關基礎研究方面，以及電池安全性、可靠性和系統管理技術等方面與國外先進企業仍存在較大差距。 無論是從國家戰略規劃層面，還是提高產品質量、比肩美日韓，或者降低企業成本、增加企業營收等方面，都需要國內動力電池行業盡快實現“智能制造”。 業內普遍認為，即使2017年出現動力電池產能過剩，但過剩的依舊是低端產能，真正高端的產品仍然會供不應求。對于動力電池而言，單體比能量提高僅僅是性能優越的一方面，更重要的是所有單體電池的高一致性，就像“木桶原理”，整車的動力性能由最差的那塊電池或電池組決定。而提高產品一致性，大規模智能化生產必不可少。 通過嚴格的生產環境控制，減少人為接觸、控制生產的精度等多個方面，可以提高國產電池產品的整體質量，而智能化生產程度的差距也是國產電池企業與國外電池企業產品存在差距的重要原因。 國家科技部高技術研究發展中心副主任卞曙光認為，提高動力電池的智能制造水平、完善驗證測試方法和標準體系，是中國動力電池發展的關鍵任務。 三個維度創新 突破傳統電池制造模式“圍城” 業內專家分析，無論是鋰電材料還是電芯生產，國內企業依然普遍面臨自動化程度低、生產效率低、產品良率低、信息互聯互通效率低等問題。 以正極材料為例，不少工廠生產過程智能化程度不高，人為參與度高，難以實現生產線的快速智能化生產，呈“孤島”之態，影響整個生產過程的綜合管理。 這導致國內鋰電正極材料有全球40%以上的市場份額，但供應的大多是中等以下品質的正極材料，正極材料企業發展面臨的最突出問題就是產品品質和產業產能方面的配合銜接問題。在此背景下，正極材料智能工廠的建立就極具現實意義，通過實現生產過程生產線各關鍵工序的自動化控制，實現制造信息和管理信息全程透明共享。 對于正極材料生產面臨的問題，動力電池制造升級更為緊迫，面臨的形勢也更為復雜。作為新能源汽車的核心零部件，如何快速提升性能指標，降低生產成本已經成為全行業聚焦的核心命題。 事實上，國內動力電池制造目前面臨的主要問題是，大部分動力電池設備僅能實現某些工段的自動化，距離全自動化以及信息化還有較大的距離，很多設備上的數據平臺依然沒有搭建起來。整個動力電池的生產過程控制還沒有形成完整的規范和標準，包括來料、濕度、極片張力等很多因素都處于不可控的狀態，直接導致行業的生產效率和產品良率都處于較低的水平。 動力電池大規模生產將是必然趨勢，對于國內動力電池企業而言，擺脫傳統制造模式的“圍城”，智能制造就成為轉型升級的必由之路。 業內專家分析，智能制造可以從技術創新、組織創新和模式創新等維度來入手。其一，技術進步是先進制造發展的關鍵因素。上世紀中期以后，科學技術的發展也進入了一個日新月異的時代，電子信息技術和自動化技術發展迅猛，以互聯網為代表的信息技術革命為制造業注入了新的生命力，動力電池產業也要善于運用計算機集成制造、敏捷制造、虛擬制造等技術。 其二，組織方式創新是先進制造發展的靈魂。近年來，市場需求的多樣化迫使工業制造向多品種、小批量、縮短生產周期方向演進，剛性制造模式逐漸被柔性制造模式所替代，與之對應的動力電池生產組織，也要由金字塔式的科層管理向扁平化、矩陣式管理的方向演變。 其三，“智能制造”并非是橫空出世的概念，而是制造業依據其內在發展邏輯，經過長時間的演變和整合逐步形成的。可以說，動力電池的智能制造是隨著市場需求的變化，集成了技術創新、模式創新和組織方式創新的先進制造系統，是集成制造、精益生產、敏捷制造、虛擬制造、網絡化制造等多種先進制造系統和模式的綜合。 從技術創新、組織創新和模式創新三個維度來認識動力電池“智能制造”，有利于我們更好地把握動力電池制造業當前所處地位，以及未來努力的方向，避免盲目求新和急于求成的傾向。
2016-08-30
2020年中國儲能市場容量或將達24.2吉瓦
5月11日，儲能國際峰會2016在北京國際會議中心召開。在本次大會上，中關村儲能產業技術聯盟（CNESA）發布了《儲能產業研究白皮書2016》（以下簡稱《白皮書》）。《白皮書》預測，到2020年，理想情景下，我國儲能總裝機規模將達24.2吉瓦；常規情景下，總裝機規模將達14.5吉瓦。 數據顯示，截至2015年底，全球累計運行儲能項目（不含抽水蓄能、壓縮空氣和儲熱）327個，裝機規模946.8兆瓦。近五年，累計裝機規模的年復合增長率18%，累計項目數量的年復合增長率40%。 中關村儲能產業技術聯盟秘書長張靜指出，從區域分布上看，美國依舊占據裝機第一的位置，截至2015年底，美國累計裝機規模為426.4兆瓦（運行項目），自2014年起，就開始超越日本，成為全球儲能裝機第一大國，其次是日本和中國，占比分別為33%和11%。歐洲是近兩年儲能項目裝機規模增長速度最快的地區，年復合增長率為115%。 從技術分布上看，鋰離子電池仍然占據絕對的“霸主”地位，預計未來兩三年內，相較于其他技術，鋰離子電池將會迎來爆發式增長。 從應用分布上看，可再生能源并網領域的累計裝機規模占比最大，為43%，調頻輔助服務是近兩年增速最快的應用領域，年復合增長率為31%，分布式發電及微網領域則在項目數量上占據第一的位置，占比接近總裝機的60%。 據悉，在儲能裝機規模全球前十的廠商中，共有7家廠商來自亞洲，特別是日韓廠商表現搶眼，占據了排名前5位。而比亞迪是唯一一家入圍全球前十名的中國廠商。 此外，截至2015年底，全球共有17家公司通過融資、出售債券/股權等形式，完成融資或被收購，金額總計10.2億美元，相比去年增長了155%。而全球政府機構對各類與儲能相關的項目支持資金總計20.4億美元，其中美國是支持力度最大的國家，共計提供了12.8億美元的資金。 具體到中國的情況，《白皮書》顯示，截至2015年底，中國累計運行儲能項目（不含抽水蓄能、壓縮空氣和儲熱）118個，累計裝機規模105.5兆瓦，占全球儲能項目總裝機的11%，年復合增長率為110%，是全球的6倍之多。從應用分布上看，分布式發電及微網占比最大，裝機規模占比為56%。同時，鋰離子電池的累計裝機規模占比最大，占中國市場總裝機的2/3。 據悉，本屆峰會的主題是“儲能支撐能源轉型，推動中國能源變革”，吸引了行業內千余名產業精英、80多位專家和50多家參展企業，共同就儲能與能源互聯網等影響儲能企業重要格局的熱點議題展開激烈討論。國家能源局能源節約和科技裝備司修炳林副司長在峰會上強調了儲能在現代能源體系建設中的重要作用，并提出了近期在技術研發、示范應用和產業化發展等方面的重點工作。
2016-07-21
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