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)展大會暨“綠色低碳·儲能未來”產(chǎn)業(yè)賦能交流會儲能專場上發(fā)表了主題為《材料技術(shù)創(chuàng)新推動鋰離子儲能電池升級》的講話。該會議由山東省科學(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保障廳、中共泰安市委、泰安市人民政府主辦，儲能專場由中關(guān)村儲能產(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，我國電動汽車產(chǎn)量很快會逼近每年千萬輛的大關(guān)。2025年預(yù)期鋰離子電池市場會到2萬億元，其中也包括儲能電池。目前電動汽車?yán)锩孀钪饕氖嵌姵?，包括三元電池和鐵鋰電池，一個是為了滿足長程電動汽車需求，一個是為了滿足更廣泛的電動汽車需求，鐵鋰占接近7成的比例。
新型電力儲能快速增長，鋰離子電池占比 94.4%
在儲能這塊，可以看到鐵鋰電池比例就更高了。在過去的一段時間，新型儲能快速發(fā)展，電化學(xué)儲能是主要的，根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計，磷酸鐵鋰電池是主要的儲能電池，占94.4%。今天，全球約70%的鋰離子電池是在中國生產(chǎn)，有些材料幾乎是100%在中國生產(chǎn)的，包括磷酸鐵鋰材料。
磷酸鐵鋰電池是最主流的動力和儲能電池
磷酸鐵鋰電池是主要的動力電池，占比約為70%，也是最主要的儲能電池。在過去的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，但是成本變成原來的1/4。今天鋰離子電池單體成本已經(jīng)到了每瓦時5毛錢，售價今年也到了5毛，因為我們的產(chǎn)能建得比較快，所以卷得比較兇，掙錢不易。雖然去年碳酸鋰價格暴漲引起一時的電池價格波動，但是大趨勢是不變的，目前回到了5毛錢的區(qū)間較為正常。
如何應(yīng)對企業(yè)盈利難?
三元鋰離子電池成本構(gòu)成
根據(jù)財通電新7月底的分析數(shù)據(jù)，對于三元電池，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，大家就給鋰礦打工了。對于磷酸鐵鋰電池相對會好一些，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的壽命、更好的安全性、更低的成本。
中國磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)全球領(lǐng)先
1. 在中國動力電池發(fā)展初級階段避免了出現(xiàn)社會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了資源供應(yīng)的限制。
3. 成本較低使得電動汽車推廣代價稍低一些。
4. 儲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企業(yè)生產(chǎn)。
磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)競爭激烈下的升級方向
儲能電池循環(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，今天這個壽命并沒有增加，但是成本是大幅度下降了，因為在車用這塊兒更多是降成本，但是對電力儲能，萬次壽命是必需的。
怎么樣解決這個萬次循環(huán)的問題?就需要發(fā)展一個新的材料，叫做加鋰材料，也叫補鋰材料。
為什么要補鋰?鋰離子電池是靠鋰離子在正極和負(fù)極之間來回輸運來儲藏電能的。鋰離子電池的正負(fù)極如同兩個水桶，鋰離子如同是水，充電時，鋰離子從正極向負(fù)極移動，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)極鋰缺失時快速的進行補充，保持電池的滿電量循環(huán)。
怎么補鋰?兩個辦法：一個補到正極，另一個補到負(fù)極，簡單理解把這百分之十幾的鋰補進去，進而達(dá)到1萬次的水平。在負(fù)極里面補鋰，要用活性很高的鋰源，在實驗室里面做可以，量產(chǎn)就碰到了安全的問題。正極里面補鋰，運用硅酸鋰等穩(wěn)定的鋰源，鋰在電池早期循環(huán)階段就釋放出來，明顯提升了電池的循環(huán)性能，還因為二氧化硅等副產(chǎn)物發(fā)揮的作用，使得電池倍率性能也得到提高。
車用儲能和戶儲需要更低價格
電力儲能要超長的壽命，車用儲能和戶儲不要超長壽命，而是要更低的價格。怎么降低價格?磷酸鐵鋰電池已經(jīng)不賺錢了，怎么降價格?
這里面引入一個新材料——鎳錳酸鋰，電壓提升了40%還要多，這種提升首先帶來能量密度的提升，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，還在往下掉?因為現(xiàn)在大量的投資從前兩年被投到開采行業(yè)，投到冶煉行業(yè)，所以開始進入到過剩周期，但是全球都在發(fā)展電動車，都在推進儲能。
如果沒有別的辦法，預(yù)測到2027年又會進入到短缺周期，這個短缺可能會非?？膳?，這會導(dǎo)致更大的缺口。為什么國家在戰(zhàn)略性角度來講，支持鈉離子電池的研發(fā)，就怕到時候供應(yīng)短缺加上國際上供應(yīng)鏈干擾，會導(dǎo)致我們鋰供應(yīng)出問題。
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%，這對于缺口的解決很重要，所以說這件事也變得很緊迫起來。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，因為它帶來的是界面上的不穩(wěn)定，好處有很多，但是最大缺點就是這么高的電壓，造成材料不穩(wěn)定了，原子受不了了，這個問題怎么解決?
鎳錳酸鋰電池發(fā)展趨勢
先解決材料問題，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?為了解決高壓問題，做了幾重加固，這種加固有利于安全性提升。
這件事情做出來以后，它并不是作為某個電池企業(yè)的獨門技術(shù)，就跟加鋰技術(shù)一樣，完全開放給行業(yè)。希望在2027年我們鋰短缺到來之前，我們能夠解決這個問題。所以時間已經(jīng)非常緊迫了，必須要全行業(yè)一起來努力，盡可能通過技術(shù)的研發(fā)，通過新技術(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。
來源：中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟
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