天能集团,电池行业又有新要求

2019-08-30 作者:配件信息   |   浏览(107)

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(原标题:快充、低成本、超高温......哪种新兴储能电池可在“风口”起舞?)

面对电动汽车续航里程短、充电时间长的“短腿”问题,中国电子商会电源专业委员会副秘书长、锂离子电池专家钱良国日前专文指出,我国已经具备了在短时间内突破锂离子等新型蓄电池成组应用技术和蓄电池储能电源系统集成关键技术瓶颈的技术基础,“但是这些技术都分散掌握在大专院校、科研院所和中小型企业手中,企业间形成了难以逾越的壁垒。”如何突破目前“相互隔离、重复分散的”格局,已经成为电动汽车动力电池领域迫切需要解决的重大课题。 人们对新能源汽车蓄电池现状不应太悲观 现状:随节能与新能源汽车逐步推广应用,锂离子等新型蓄电池集成到电动汽车后,安全性大幅下降、使用寿命大幅缩短的问题凸显出来;蓄电池燃烧、爆炸的恶性事故频繁发生,已经严重制约了节能与新能汽车产业发展。深圳50辆纯电动出租车示范运行一年,亏损超过700万元,对规模化推广应用增添了隆重的阴影。对节能与新能源过度悲观地看待蓄电池储能电源系统关键技术突破前景的情绪仍在发展。 蓄电池储能电源系统,是节能环保产业、新能源产业和节能与新能源汽车产业(以下简称节能与新能源产业)共性关键技术和共性基础支撑产业。蓄电池储能电源技术已经成为节能与新能源产业竞争在焦点。掌握了蓄电池储能电源产业的主动权,就掌握了节能与新能源产业的主动权。节能与新能源汽车最有可能优先推广应用的仍是锂离子蓄电池。 在国家产业政策和"863"、"973"等科技项目的重点支持下,我国锂离子蓄电池关键技术、关键材料和产业化研究都取得了重大进展。其中,大容量能量型锂离子蓄电池产业发展已经处于国际领先地位。 单体大容量能量型锂离子蓄电池的性能已经基本能够满足规模化推广应用的基本条件。虽然制造成本仍高于阀控铅蓄电池,单从全生命周期内经济性考虑,已经显着优于阀控铅蓄电池。从单体蓄电池的性能、全生命周期内的经济性和产业化基础考虑,大容量能量型锂离子蓄电池已经具备了规模化推广应用的基本条件。 目前的主要问题是:锂离子等新型蓄电池成组后,安全性大幅下降、使用寿命大幅缩短,甚至频繁发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故。致使蓄电池问题一直是制约电动汽车和节能与新能源产业发展的技术瓶颈。 从蓄电池成组应用技术和蓄电池储能电源系统集成技术现状考虑,在技术瓶颈突破之前,电动汽车仍不具备规模化推广和产业化的基本条件。 打破电池企业间的“壁垒”已是迫在眉睫 瓶颈:问题虽然表现在蓄电池上,但问题的根源则在于蓄电池成组应用技术和蓄电池储能电源系统集成技术不能满足锂离子等新型蓄电池的要求。蓄电池成组应用技术和储能电源系统集成技术,才是制约包括节能与新能源汽车在内的节能与新能源产业发展的技术瓶颈。突破锂离子等新型蓄电池成组应用技术和蓄电池储能电源系统集成关键技术,是推动包括节能与新能源汽车在内的节能与新能源产业发展的重大课题。 根源:蓄电池储能电源系统关键技术攻关没有取得实质进展,有技术方面的原因,也有非技术方面的原因。目前主要是非技术方面的原因。

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3月23日,我国首辆18米纯电动公交车在北京试运营。据新华社报道,这辆“巨无霸”采用国家电网标准快充快换箱体,既可整车直接充电,也可进行电池快速更换,整车从电量耗尽到充满电仅需两个小时,搭载的磷酸铁锂电池,一次充电在城市路况下运营里程可达到100公里以上。

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我国锂离子等新型蓄电池成组应用技术和蓄电池储能电源系统集成关键技术研究,也已经取得了重大进展,一些关键技术已经处于国际先进或领先水平。我国已经具备了在短时间内突破锂离子等新型蓄电池成组应用技术和蓄电池储能电源系统集成关键技术瓶颈的技术基础。 但是这些技术都分散掌握在大专院校、科研院所和中小型企业手中。蓄电池储能电源系统至少应包括充电系统、蓄电池系统和放电系统。是涉及多个技术领域和产业领域的技术密集型系统集成产品。由于锂离子等新型蓄电池仍处于发展初期的产业,还有建立标准体系的问题,需要广泛的行业合作。但是在市场环境下,企业间的经济利益、技术利益和知识产权形成的壁垒,对企业间的合作形成了难以逾越的障碍。在激烈的产业竞争驱动下,蓄电池储能电源产业已经形成了"相互隔离、重复分散"的局面。突破目前"相互隔离、重复分散的格局",是目前迫切需要解决的重大课题。 从"十五"开始提出的以"三纵三横"为主要布局的节能与新能源汽车重大专项,有力推动了我国节能与新能源的发展。取得的成果举世瞩目。其中"三纵三横"简单、明晰地表述了节能与新能源汽车重大专项的主要内容、产业布局和关键技术攻关重点,对推动节能与新能源汽车产业发展发挥了重要作用。 随研究的不断深入和不同发展阶段的特点,应及时创新与之适应的项目组织方法。若产业化阶段仍采用"三纵三横"的项目组织模式,则会遇到下问题: 1、标准化是产业化的基础。由整车牵头,向下整合的项目组织模式,形成的若干个"相互隔离"的纵向课题组,形成了相互隔离的局面。成为标准化工淮化研究难以遇越的障碍。推动标准化工作,首先必须突破这种相互隔离的格局。 2、蓄电池储能电源系统的技术核心是蓄电池管理系统。蓄电池管理系统主要由充电管理系统、放电管理系统和蓄电池监测系统组成。其中,充电管理系统主要由充电设备内的充电控制电路与蓄电池系统中的充电控制电路和网络组成。放电管理系统主要由放电设备内的放电控制电路与蓄电池系统中的放电控制电路和网络组成。 基于上述概念,蓄电池管理系统在大功率蓄电池储能电源系统中仅是一个技术概念。目前定义的蓄电池管理系统,仅是蓄电池管理系统中的蓄电池监测电路。从蓄电池管理系统的概念考虑,必须将充电系统、放电系统和蓄电池管理系统(即蓄电池储能电源系统)作为一个系统工程考虑。 目前以"电池、电机、电控"为主要内容的"三横"项目组织模式,将电动汽车用蓄电池储能电源系统和动力集成糸统支解为"电池、电机、电控"三个相互独立的零部件。虽然电池、电机、电控等零部件都达到了课题目标,但由于缺乏系统设计的基本概念,连接到一起后,不能构成具有基本功能的蓄电池管理系统。不具备防止蓄电池安全性下降、使用寿命缩短的看基本功能,甚至频繁发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故。 以锂离子等新型蓄电池成组应用技术为技术基础,将充电系统、放电系统和蓄电池系统作为一个系统工程(即蓄电池储能电源系统),对突破蓄电池技术瓶颈致关重要。

8月5日,工信部发布《轻工业发展规划(2016-2020年)》(下文简称“轻工业2020规划”),电池行业是轻工业大家族中的一员,同时也是下游新能源汽车、储能行业发展的重要环节。那么在“轻工业2020规划”中,针对电池行业究竟提出了哪些新要求?

电池是电动汽车的“心脏”,随着我国电动汽车发展加速,研发生产合适的电池也显得越来越重要也越来越迫切。

2016年以来,国内外风电、光伏、通信和家庭储能市场开始升温。同时,国内动力电池产能处于快速释放阶段,企业的梯次利用技术日趋成熟,动力电池用于储能既可以帮助消化多余电池产能,也可以让那些即将大规模退役的动力电池在梯次利用中发挥剩余价值。在这些因素的推动下,储能领域犹如解冻的河流,开始澎湃起来。

编辑:舟晨

明确“十三五”期间电池行业的重点任务

天能集团作为我国最大的动力电池生产商,中国民营企业500强、中国制造业500强,天能动力电池与材料实验室(天能动力电池与材料研究院)主要围绕新能源动力电池、大容量储能电池、高性能锂离子电池研究与开发、新型电极材料、电源管理系统及新材料、新工艺等关键技术研发及产业化研究。

此外,“新电改”也为储能的发展奠定了坚实基础,再加上储能示范项目的开展和相关储能扶持政策的出台,“十三五”期间储能领域将迎来跨越式发展。据业内机构预计,到2020年,储能市场规模将达到136.97GW,占2020年全国发电总装机量1800GW的7.6%。

在本次工信部发布的“轻工业2020规划”中,从重点行业技术改造、新材料研发、智能制造等方面,明确了电池行业在“十三五”期间的重点任务。具体要求如下:

天能集团研究院常务副院长郭志刚说,实验室以推动行业技术发展为己任,在构成产品核心技术的产品结构、新材料应用、新技术应用等方面开展研究工作。

作为重要储能技术之一的电化学储能,一直是近年来各大企业争先发展的方向,也是储能“风口”真正的受益者。常见的电化学储能电池有液流电池、铅炭电池、锂离子电池和钠硫电池等。根据各种应用场合对储能功率和储能容量要求的不同,各种储能技术都有其适宜的应用领域。储能向好,储能电池也将迎来发展机遇,那么,哪种新兴储能电池将会在未来的储能领域里独领风骚、翩翩起舞呢?

重点行业技术改造方面:要完成无汞碱性锌锰电池高速生产技术与装备改造,连铸连轧连涂等连续板极生产技术改造,动力型铅蓄电池组装线自动化集成技术改造。

发力电动汽车起停电池

全钒液流电池:瞬间再充电 储能使用20年

关键共性技术研发与产业化领域:要着力研发超长寿命碱性锌锰电池,铅碳电池生产工艺,微混电动车用卷绕式起停电池,高比能量铅蓄电池用非铅板栅技术。

“2014年,实验室主要围绕清洁生产、储能电池、大容量铅蓄电池、动力型锂离子电池、新材料、新工艺等领域展开了53项科技项目的研发,其中先后开发各类新产品37余项,完成新产品成果鉴定42项。”郭志刚介绍说,重点开展了电动车用“三王”电池,即长跑王、长寿王、载重王,电动汽车用铅碳超级电池、低成本高功率的锂离子电池、智能云电池的研发,积极抢占市场制高点。

液流电池也被称为氧化还原液流电池,是一种新型的大型电化学储能装置。目前研究较多的液流电池有锌溴电池、全钒液流电池等。液流电池的理论保存期无限,储存寿命长,无自放电,能100%深度放电而不会损坏电池,这些特点使得液流电池成为储能领域的首选技术。

新材料研发及应用方面:要注重开发一次电池高端拉伸钢带,铅碳电池用碳材料,高性能动力锂离子电池正、负极材料,电池隔膜材料、电解液材料、添加剂,氢镍电池低成本新型稀土合金材料,燃料电池高效廉价代铂催化剂等。

其中,天能动力电池与材料实验室开展了电动汽车用起停电池、超级铅炭电池的研发以及新材料技术开发及产业化研究,主要项目有耐高温腐蚀新型合金研究、混合动力汽车用高倍率pb-c超级电池的研制、汽车起停系统用阀控式铅蓄电池的研制、微型混合动力汽车起停系统用agm蓄电池关键技术研发及应用、正极导电添加剂的研究、起停电池新型电解液的研究等。

以全钒液流电池为例,它可以通过更换电解液实现“瞬间再充电”,与传统锂离子电池相比,全钒液流电池的寿命更长。商用锂离子电池的寿命一般在5-8年,而全钒液流电池的寿命可达20年。其回收处理相对锂电池来说更为简单,在可循环利用方面更占优势。

基础性创新平台建设方面:推进建设精密测量系统和制造执行系统,锂离子动力电池测量、分析网络和信息平台,新型铅蓄电池技术创新平台。

2013年,大连融科与大连化物所联合研制的全球最大规模的全钒液流电池储能系统成功通过业主验收,这是世界上第一套实际并网运行的5MW级大型工业储能装置,各项指标都处于国际领先水平。2014年,大连融科又与博世集团合作,在德国北部风场建造了全钒液流电池储能系统。此外,大连融科还与美国UniEnergy Technologies公司合作,建造了美国首座MW级全钒液流储能电池电站。

电池机械装备制造领域:提升锌锰电池、氧化银电池与锌空气电池无汞化与自动化生产装备制造水平,提升卷绕式铅蓄电池生产设备,铅蓄电池和锂离子电池自动化生产工艺与装备。

大力电工多年专注全钒液流电池储能系统的研究开发。截至目前,该公司已在钒电池领域申请专利24项、授权发明专利17项、建立企业标准7项,并先后在我国国内、印度、新加坡等多地开展了12个钒电池储能系统示范工程,产品远销至韩国、美国等国。2017年2月,其自主研发的模块化钒电池储能系统拿到韩国首个年度订单。目前,公司已连续两年为韩国多个储能项目提供电池。

智能化发展推进工程方面:推进电池的质量在线监控、信息化传输等技术应用。

全钒液流储能电池与风电、光伏电组合成离网或微电网发电系统,对于孤岛、离网的边远地区来说,是不错的绿色能源组合。

节能减排技术推广工程方面:要注重提高新型节能型汽车起停型铅蓄电池技术,极板连铸连轧/冲网工艺、铅蓄电池管式电极挤膏工艺技术,含重金属废气高效处理技术,铅碳电池技术,费铅蓄电池湿法冶炼技术,铅蓄电池酸循环内化成技术。

铅炭电池:破解储能的高成本难题

通过对电池行业的新材料研发、机械装备智能化、技术升级及节能减排提出具体要求,“轻工业2020规划”将进一步推动我国电池行业转型升级,有助于加强电池行业上下游产业链协同创新,调整产业结构,并提升电池产品的品质。

成本过高一直是储能商业化的巨大障碍,而传统铅蓄电池又存在质量重、容量小、寿命低等弊端。为了降低储能成本,推动铅蓄电池在储能领域的进一步应用,铅炭电池近年来开始登上储能电池的舞台。铅炭电池由传统铅酸蓄电池演化而来,它将铅酸蓄电池和超级电容器合二为一,既能短时间大容量充电,又保持了铅蓄电池高比能量的特点,同时在循环寿命、性价比、安全性、低温性能、生产及回收工艺方面也具有明显优势。

指明电池行业未来的发展方向

2016年6月, 工信部等三部委联合印发《中国制造2025-能源装备实施方案》通知,在储能装备方面,明确高性能铅炭电池储能装备是重点技术攻关项目。目前,国内多家电池企业正在逐步完善铅炭电池领域的布局。作为最早的铅炭电池储能应用商,双登铅炭储能电池已经应用在IDC机房后备电源、风光储一体化电站等多个项目中;圣阳股份将铅炭电池应用于储能、备用电源、通信基站电源等领域,并具备了批量生产能力;南都电源研发的铅炭电池产品目前已被应用在多个国内储能示范项目中。

在本次公布的《轻工业发展规划(2016-2020年)》中,明确指出要推动电池工业向绿色、安全、高性能、长寿命方向发展,加快锂离子电池高性能电极材料、电池隔膜、电解液、新型添加剂及先进系统集成技术,卷绕式、铅碳电池等新型铅蓄电池,双极性、非铅板栅等下一代铅蓄电池技术,燃料电池质子交换膜、代铂催化剂等关键材料的研发与产业化。

中国工程院院士杨裕生认为,凭借低成本、安全、原料易得、可靠、产业化技术成熟等显著优势,铅炭电池已经成为符合我国产业布局和制造水平的一种储能电池产品。中国化学和物理电源行业协会储能应用分会秘书长刘勇表示,作为一种新的储能技术路线,铅炭电池在目前锂电池成本尚未降低的情况下,具有一定优势,很有发展前景。

根据“轻工业2020规划”,今后我国将重点发展新型一次电池、新型铅蓄电池、新能源汽车用动力电池和燃料电池。加快铅蓄电池企业按照《铅蓄电池行业规范条件》实施技术装备改造提升的进度,积极推动废旧铅蓄电池回收利用体系建设。

钠硫电池:需满足300℃高温运行环境

此外,“轻工业2020规划”还对电池装备生产领域,及电池应用领域提出了相关要求。

钠硫电池将钠和硫分别用作阳极和阴极,其中的氧化铝陶瓷同时起隔膜和电解质的双重作用。在一定的工作温度下,钠离子透过氧化铝陶瓷与硫之间发生可逆反应,形成能量的释放和储存。钠硫电池的比能量密度是铅蓄电池的3~4倍,体积小,可大电流、高功率放电,充放电效率高,原料资源储量也比较丰富。

电池机械装备推进自动化发展:轻工机械装备领域:电池机械重点开发铅蓄电池连续化板极制造,动力电池宽幅高速极片制造,自动化成分容系统和电池系统测试,废旧电池分选、拆解及再生等设备。加快推进高效高精度扣式电池等自动生产线的国产化。

钠硫电池的不足之处是其正、负极活性物质的强腐蚀性,对电池材料、电池结构及运行条件的要求苛刻:运行温度通常在300℃~350℃,需要附加供热设备来维持温度,并且钠硫电池仅在达到300℃左右的温度下才能运行,由此造成启动时间较长,也在一定程度上限制了其应用。

推进锂电自行车及智能电动自行车发展:“轻工业2020规划”指出,未来,自行车工业将向轻量化、多样化、时尚化、智能化方向发展。因此要加快高强度轻型材料、变速器、传动系统、新能源、智能传感技术和物联网技术等研发与应用,重点发展时尚休闲、运动健身、长途越野和高性能折叠等多样化自行车,以及符合标准的锂离子电动自行车和智能电动自行车。

中国科学院上海硅酸盐研究所和上海市电力公司经过多年合作,成功研制出具有自主知识产权的容量为650Ah的钠硫储能单体电池,使我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。2015年,福瑞至秦唐新能源科技有限公司与中国科学院合肥固体研究所共同研发的钠硫单体电池,被列入国家“863”计划项目,作为“新型储能技术引领者”,其拥有的专利、专有技术成果覆盖了钠硫电池产业化应用的整个流程和全部领域,技术水准已经达到国际水平。

钠硫电池适合在特定的储能环境中使用,虽然应用并不广泛,但在某些领域依然有其不可替代性。

锂离子电池:未来的储能应用前景可期

锂离子电池的储存能量密度比较高,可达200~500Wh/L,其相同体积下重量约为铅蓄电池的1/5~1/6。但锂离子电池耐过充/放电性能差,组合及保护电路复杂,成本相对于铅蓄电池偏高,单体电池一致性及安全性也有待提高。

2016年,锂电池占新增储能方案的50%。到2025年,锂电池预计继续占据主导地位,占全球电力电池储能部署的80%。

金沙贵宾会,比亚迪电力科学研究院总工程师张子峰表示,比亚迪将有更多商业化锂电储能运营项目在2017至2018年落地。比亚迪积极参与储能调频辅助服务市场,其用于国际市场调频的出货量已经超过100MW。

董明珠携万达集团、京东、中集集团等多家企业投资银隆,他们看中的除了“造车”,还有钛酸锂储能电池。钛酸锂电池除了应用于新能源汽车,更大的应用市场是万亿级的储能市场。据行业专家分析,与动力电池不同,储能电池更看重电池长寿命、低成本、高安全的性能,而钛酸锂储能电池在这些方面优势十分明显。

中航锂电储能事业部总经理李长青表示,如同火热的电动汽车市场一样,储能市场“风口”很快就会到来,在中航锂电的战略规划中,储能业务与电动汽车业务处于“并驾齐驱”的位置,公司已在技术及产线布局方面做好了储备。

正如业内人士所说,新能源汽车之后,下一个时代将属于储能。先知先觉的企业,除了在铅炭电池储能方面布局的双登、南都等,在全钒液流电池储能方面布局的大连融科和大力电工等,在钠硫电池储能方面布局的中国科学院上海硅酸盐研究所和上海市电力公司等,在锂离子电池储能方面布局的比亚迪和董明珠外,还有国轩高科、中兴派能、猛狮科技、雄韬股份、桑顿新能源、欣旺达等一批国内外知名电池&PACK企业,甚至锂电池材料综合供应商如杉杉股份,均依据自身的优势和对储能市场的判断,积极布局储能项目。

未来几年,储能电池市场势必将迎来利好,铅炭电池、全钒液流电池以及锂离子电池均有望凭借自身优势闯出一片天地。而谁将走得更远,还要看技术的进步能在多大程度上弥补不同储能电池身上的那些“先天”的不足。

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