登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
过去20年,中国锂离子电池技术及产业均取得巨大进步,锂离子电池材料体系从钴酸锂发展到磷酸铁锂、三元材料,再到高镍和富锰体系,负极从石墨到多元碳材料、再发展到含锂合金以至锂金属。同时,制造技术从作坊式生产发展到自动化和今日的智能化,产业规模不断扩大,中国已经成为全球最大的锂离子电池生产地和消费地。展望未来,技术发展趋势是高比能量、高比功率、高安全、长寿命、低成本,全固态电池、新原理轻金属电池、定制产品将取得技术突破。产业将是智能无人化、规模联盟化、细分专业化。
本文来源:电源技术杂志 微信号 ID:dianyuanjishu 作者:刘兴江
1锂离子电池起源与中国锂电池产业化
锂离子电池工作是以锂离子在正负极嵌入/脱出、往来于正负极间而实现充放电过程,原理简单且无电解液消耗。因此,锂离子电池是理想的高比能蓄电池体系。世界上第一款产业化锂离子电池是由Goodenough发明的钴酸锂正极、A. Yoshino提出的焦炭负极组合,配合LiPF6的碳酸丙烯酯与碳酸二乙酯混合溶剂电解液,SONY公司于1992年实现量产,电池比能量为80Wh/kg。
中国的高能锂电池研究与国际相同,是以金属锂体系研发开始的,其后转为锂离子电池研发及产业化。中国电科十八所于1992年在国内率先开始了锂离子电池研究,1994年推出了第一只AA尺寸电池,采用自主开发的人工石墨负极,容量和比能量分别达到500mAh和94Wh/kg。1997年建成了我国第一条18650锂离子电池生产示范线(C/LiCoO2),2000年建成了天津力神电池公司大生产线。与此同时,中科院物理所等研究机构和一批企业诸如比亚迪、华光、光宇等单位全力投入了研究或产业化发展,极大地推进了我国锂离子电池技术进步与产业发展。
2中国锂离子电池技术发展
2.1正极材料研究
最早实用化的正极材料是层状钴酸锂(LCO)材料,充电截止电压4.2V,工作电压3.7V,主要用于消费电子产品。经表面包覆和掺杂,现在高压钴酸锂材料已经可以充电到4.45V而稳定工作,比容量达到180mAh/g以上。提高LCO充电电压的常见方式是在LCO颗粒表面包覆一层Al2O3、TiO2和ZrO2等,防止LCO直接和电解液接触。其后,为降低成本和提高安全性,层状三元材料Li(NiCoMn)O2(NCM)和尖晶石锰酸锂LiMn2O4被广泛关注,并开始与钴酸锂混和用于消费电子或单独用于动力。现在三元材料从Ni∶Co∶Mn比1∶1∶1向高镍532、622、811方向发展,随着镍含量的提高,比容量从150mAh/g提高到200mAh/g,但生产工艺环境要求越来越高、电池安全性越来越低,同时,国内厂家采用3M公司专利生产的NCM材料,在出口的过程中很可能面临类似的专利纠纷风险。近年来,层状富锂锰基材料等阴离子活性材料也得到了巨大的理论突破和技术进步,比容量甚至可达400mAh/g。而尖晶石材料则向Fd3m和P4332空间群混相5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4发展,该类材料具有三维隧道结构,锂离子可以完全脱出,扩散系数高,安全性较好。此外,聚阴离子类的磷酸盐材料,如LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiNiPO4等,由于磷酸盐材料中氧以牢固的磷酸根形式固定,具有橄榄石结构、非常稳定,充放电过程体积变化小、安全性好。特别值得一提的是支撑中国锂离子电池材料产业半壁江山的磷酸铁锂(LiFePO4)。该材料具有安全性好、循环寿命长、成本低等优点,是动力和储能电池的主打正极材料。通过纳米化和表面碳包覆,磷酸铁锂实现了可较大功率放电的性能,而且很好地进行碳包覆的样品不含γ-Fe2O3和Fe3+杂质,该材料在中国实现了世界最大的规模化生产。磷酸铁锂面临着复杂的专利纠纷,包括德州大学的Goodenough、Nippon Telegraph & Telephone、A123都宣称对LFP具有专利权,但2015年中国在行业专家的努力下,对加拿大魁北克水利公司的专利索权实现了“无效化”,保护了国内的磷酸铁锂材料和电池产业。磷酸锰铁锂材料由于具有较高的电压和较高的比容量而引起产业界的重视,部分厂商已经在三元材料中添加该类材料以改善锂离子电池的安全性。图1显示了与传统钴酸锂相比,其他材料的比能量潜力。
图1各种正极材料相对能量密度对比
2.2负极材料研究
石墨材料的快速崛起得益于电解液和石墨材料的技术创新。石墨材料主要可以分为人造石墨和天然石墨两类,中国锂离子电池负极材料产业化研究是从人造石墨开始的。其中,中间相碳微球(MCMB)材料具有高振实密度和低比表面积的优点,从而减少了首次充电过程中SEI膜的形成、降低了不可逆容量,因此MCMB被广泛应用。但是其生产温度高达2800℃,因此成本一直居高不下。而天然石墨在成本上非常低廉,但是PC的共嵌入问题影响了天然石墨的应用,因此天然石墨需要EC含量较高的电解液或者对天然石墨的表面进行改性处理,而且表面修饰的天然石墨是目前市场的主流。此外,软碳和硬碳材料具有较高的锂离子嵌入电位,尤其硬碳材料层间距达到0.372nm,更易于锂离子扩散。因此,软碳和硬碳材料已经被作为复合负极的一部分,用于动力电池负极,满足快充和低温充电的要求。这一时期,合金负极材料也得到了广泛的关注,例如Si和Sn材料,但是这些材料在嵌锂过程中巨大的体积膨胀限制了它们的应用。现在,为追求更高的能量密度,Si-C材料和SiO材料开发取得显著进展,中科院物理所拥有元霄结构的碳包覆硅材料专利,中国电科十八所在国内率先提出了SiO高温处理稳定化等新方法,推进了硅基材料的技术进步。此外,研究发现硅基材料在含氟溶剂电解液中循环十分稳定,其稳定后库仑效率可达99.8%,部分解决了硅材料循环过程中表面状态不稳定的难题。在过去十余年中,国内亦对其他金属及化合物负极进行了积极的研究。它们包括金属形式的金属负极,金属间化合物,氧化物和含氧盐(包括磷酸盐和碳酸盐、氧化钒、氧化钼、基于TiO2的纳米结构材料),以及氟化物、硫化物、硒化物、氮化物、磷化物、锑化物等嵌锂后发生相转化的电极材料。此外,具有零应变的Li4Ti5O12材料由于其电位高、具有可快充和低温充电的优势,取得了一定程度的应用,可应用于快充电池和混合动力及48V起停电池。表1所示为各种锂离子电池负极材料性能对比。
2.3电解质研究
LiPF6的碳酸酯混合溶剂电解液率先被应用于商业化锂离子电池,随着电极材料的技术进步,匹配的电解液也在不断发展。在初期充电的过程中电解液会在石墨负极表面形成一层SEI膜,如果SEI膜不是完全惰性的,在后续的每次循环中都会发生电解液在负极表面的分解,增加负极的阻抗,消耗电解液,因此如果无法控制好SEI膜,就无法获得良好的循环性能。初期,提升电解液性能的努力主要集中在溶剂的纯化上(去除其中的水分),随后提出了功能型电解液添加剂的概念,常见的添加剂主要包含SEI膜成膜添加剂EC、FEC等,以及阻燃添加剂和防过充添加剂、润湿添加剂等。功能型添加剂也推动了高容量的石墨材料技术进步。聚氧乙烯等聚合物电解质只有在60℃以上才能使用,为了解决这一问题,可以向PEO、PAN、PMMA、PVdF-HFP等聚合物中添加一部分液态电解质,形成所谓的凝胶电解液,贝尔实验室曾经推出过一款采用PVdF-HFP凝胶态电解液的电池,这个技术也吸引了中国产业界的广泛关注。在这凝胶电解质的帮助下,我们不需要采用硬壳结构对电池施加一定的挤压力,因此可以采用质量更轻的塑料外壳(例如铝塑膜),从而提升锂离子电池的质量比能量。
近几年来,为了进一步提高锂电池的比能量和安全性,国内掀起了固态锂电池研究的热潮,其核心技术是高稳定高电导率的固体电解质材料和固体电解质与电极材料的界面控制技术。固态锂电池与传统锂电池工作原理相通,然而由于关键部件均为固态,界面更加复杂,界面相容性直接影响固态电池性能。固体电解质主要包括聚合物、氧化物和硫化物三类。各种固体电解质性能对比如表2所示。目前来看,日本以丰田为代表,体系以硫化物固体电解质为主,同时研制的双极性固态电池平均电压为14.4V,预计于2022年推出搭载固态电池的首款电动汽车,技术水平国际领先;韩国以硫化物、无机/有机复合物为主,三星横滨研究院研制出2Ah硫化物固态电池,可获得200Wh/kg和500Wh/L的比能量,处于小试阶段;法国和加拿大以PEO基聚合物为主,已具备小规模生产能力;美国Sakti3(Dyson)等的研究重点是LiPON基超薄氧化物固态电池,但目前处于实验室阶段;国内百花齐放,有机/无机复合固体电解质实用化推进较快,特别是赣锋锂业在国内率先制备出容量4~10Ah的软包装全固态锂电池,比能量最高达到286Wh/kg(628Wh/L),千次循环容量保持率为87.6%,投资2.4亿建设第一代固态锂电池研发中试生产线。
3中国锂电池产业发展与现状
中国的锂离子电池产业技术是从跟踪研仿逐步走向自主创新的,产品应用从最初的手机和笔记本电脑逐步走向动力和储能应用。经过20年的发展,中国已经成为锂离子电池的制造大国和消费大国,从最初的数家发展为数百家,拥有最完整的产业链,全球市场占有率已经达到52%。图2为近几年中国锂离子电池产量的统计图,2017年总产量已经达到1009亿瓦时,销售收入达到1589亿元。图3为中国动力电池20强清单,其中,CATL已经发展为全球最大的锂离子电池制造商。在电动汽车补贴政策牵引下,动力用锂离子电池迅速发展,电池类型圆柱、方形、聚合物共存,但方形最多达到54%,圆柱占26%,聚合物占20%。材料体系从2016年的70%磷酸铁锂体系发展到2017年的磷酸铁锂和三元体系共存状态(分别占49%和45%)。电池的电性能也不断提高,大容量方形磷酸铁锂单体电池比能量已经超过170Wh/kg,高镍材料21700电池比能量已经达到240~280Wh/kg。但进入2018年,人们从频发的电动车起火事故中认识到安全的重要性,磷酸盐体系系统比能量和安全性具有一定优势,或将影响动力电池中磷酸盐和高镍体系的布局。
而上游的材料生产也迅速膨胀。其中,三元正极材料排名依次为湖南杉杉、厦门钨业、宁波金和、深圳振华、新乡天力、北京当升等,单月产量已经超过万吨;负极材料排名依次为贝特瑞、杉杉、江西紫宸、凯金等。电解液和隔膜的国产配套率提高较快,已出现产能过剩的趋势。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
5月27日,安徽省安庆市高新区源网荷储一体化(一期)2.5MW∣5MWh储能系统设备采购项目发布招标公告,招标人为安庆高新吉电能源有限公司。本项目建设内容为设计5MW/20MWh的储能电站,总占地约8.58亩,项目先行建设2.5MW/5MWh储能电站,并预留扩建接口。本项目作为安庆高新区源网荷储项目的配套设施建设
5月27日,工业和信息化部国家发展改革委国家数据局关于印发《电子信息制造业数字化转型实施方案》的通知(工信部联电子〔2025〕95号)。其中提到,面向光伏、锂电池、新型储能等细分领域,培育推广智能工艺分析、冷却循环系统监控、快速精准温控、高精度到位检测、电机状态预测性维护、智能仓储物流、
5月27日,工信部、国家发改委、国家数据局联合印发《电子信息制造业数字化转型实施方案》。该《方案》在多个重点任务中提及光伏行业:挖掘推广重点行业数字化转型典型场景和解决方案。在能源电子行业,面向光伏、锂电池、新型储能等细分领域,培育推广智能工艺分析、冷却循环系统监控、快速精准温控、
5月23日召开的国务院常务会议,审议通过《制造业绿色低碳发展行动方案(2025—2027年)》,就推进制造业绿色低碳发展作出部署。专家表示,全面推动制造业绿色低碳发展是贯彻新发展理念、推进新型工业化的根本要求,相关部署将加大对重大绿色低碳技术研发及应用支持力度,加快重点行业绿色改造升级,持
北极星储能网获悉,5月23日,黄桥经济开发区智慧储能电站项目中标候选人公示。项目招标人为江苏金桥建设有限公司,本工程拟利用江苏泰兴黄桥经济开发区内企业现有场地建设储能电站,规划安装容量为100MW/300MWh。本期储能电站采用全预制舱布量形式,户外放置100个3MWh储能电池舱。泰兴市盛秦电力设备有
北极星储能网获悉,5月23日,国家能源集团西藏公司那曲分公司色尼区吉措100MW风电项目20MW/80MWh构网型储能系统设备采购公开招标项目中标候选人公示。第一中标候选人为山东电工时代能源科技有限公司,投标报价3915万元,折合单价0.489元/Wh;第二中标候选人为双登集团股份有限公司,投标报价3906.4万元
5月26日,国家电投旗下临汾融临储能科技有限公司发布临汾经济开发区200MW/400MWh独立储能项目(二期100MW/200MWh)项目EPC总承包招标公告。本项目拟在山西省临汾市洪洞县甘亭镇郭堡村建设。总占地约50亩。储能建设规模为100MW/200MWh,储能电池采用磷酸铁锂电池,储能站电池系统及功率变换系统均采用户
5月26日,国家电投旗下广东峡能储能有限公司发布大埔峡能200MW/400MWh独立储能电站示范项目EPC总承包招标公告。本项目拟在广东省梅州市大埔县湖寮镇区域建设。总占地约36.14亩。储能建设规模为200MW/400MWh,储能电池采用磷酸铁锂电池,储能站电池系统及功率变换系统均采用户外预制舱布置方案。电站运
近日,江苏省海安金银工业有限公司1.99MW/4.66MWh储能项目正式通过验收并投入运营。作为南通市用户侧储能领域的示范工程,该项目通过技术创新与精细化设计,为工业园区低碳转型提供了可复制的解决方案,助力区域新型电力系统建设迈入新阶段。项目设计:高标准布局,实现高效并网项目位于海安市经济开发
近日,中国石油济柴动力启动新一轮储能设备框采,共采购直流侧储能系统1200MWh。值得注意的是,其招标限价低至0.363元/Wh!据北极星储能网统计,自2024年以来,中国石油济柴动力先后发布多批储能设备采购需求,其中直流侧储能系统7个标段、总规模2.3GWh;PCS共8个标段,采购规模628MW;EMS共采购4套,
北极星储能网讯:5月26日,新疆采晨储能有限公司发布八师石河子市133团光伏配套158MW/308MWh高安全智慧电化学储能电站EPC总承包招标公告,最高限价20000万元,约合0.67元/Wh。29套5MW/10MWh磷酸铁锂电池1.67MW/3.34MWh磷酸铁锂电池4.5MW/7.2MWh钠离子电池八师石河子市133团光伏配套158MW/308MWh高安全
5月27日,工业和信息化部国家发展改革委国家数据局关于印发《电子信息制造业数字化转型实施方案》的通知(工信部联电子〔2025〕95号)。其中提到,面向光伏、锂电池、新型储能等细分领域,培育推广智能工艺分析、冷却循环系统监控、快速精准温控、高精度到位检测、电机状态预测性维护、智能仓储物流、
美国能源信息署发表文章:中国在全球电池供应链的每个环节都发挥着重要作用,并且主导着矿物的区域间贸易。根据联合国贸易数据库的区域数据,2023年,中国进口了近1200万短吨(美制单位:1短吨#x2248;0.907185吨)的原生和加工电池矿物,占区域间贸易的44%,出口了近1100万短吨的电池材料、电池组和组
近期,多座储能电站获最新进展,北极星储能网特将2025年5月19日-2025年5月23日期间发布的储能项目动态整理如下:200MW/800MWh!8种储能技术混合!国家能源集团青海储能电站投产!5月16日,青海公司大柴旦100万千瓦风光储项目配套储能电站工程科翡储能电站在青海省海西蒙古族藏族自治州成功实现投产运行
北极星储能网获悉,5月20日,美国商务部宣布了对从中国进口的活性负极材料反补贴调查的初步裁决,决定对合成和天然石墨负极材料征收高达721%的反补贴关税!这一政策的执行,或许将对美国电动汽车和储能系统装机产生重大影响,而美国特斯拉将成为最大受害者。一旦负极材料价格大幅上涨,特斯拉将再次失
“3.29小米SU7高速碰撞爆燃”事件后,小米汽车与雷军便被推上了风口浪尖,电池安全问题更是再度引起热议。近日,小米突然入股了一家固态电池企业——合肥因势新材料科技有限公司。公司新增小米旗下瀚星创业投资有限公司、强邦新材、合肥市包河区科创种子基金合伙企业(有限合伙)为股东,注册资本由100
北极星储能网获悉,5月21日,安徽世嘉合利新能源有限公司年产5GWh储能系统建设项目研发楼顺利封顶。项目选址位于安徽省淮南市淮南潘集经济开发区北区(创业大道东侧、纬四路北侧)。项目占地面积约为84090.26平方米,设有2栋1层生产车间(1#生产车间、2#生产车间)、1栋研发楼(综合办公楼),购置全自
全固态锂电池通过以固态电解质替代易燃的有机电解液,并兼容高容量锂金属负极,有望实现远超传统液态锂离子电池的安全性和能量密度,并实现在极低温、高温等极端环境下的应用。然而,目前固态电解质本身的锂离子传输稳定性及析锂(锂离子在电解质内部得电子被还原)引发的短路问题,仍是制约全固态电池
5月20日,四川统计局发布数据显示,2025年1—4月全省国民经济主要指标数据。一、规模以上工业生产情况1—4月,全省规模以上工业增加值同比增长7.1%。分经济类型看,国有企业增加值同比增长8.1%,股份制企业增长6.4%,外商及港澳台商投资企业增长18.8%。分行业看,41个大类行业中有35个行业增加值实现增
在新能源行业,从来没有一种电池能解决所有问题。大储追求低度电成本和长循环寿命;工商储注重模块化灵活配置,同时兼顾高安全性和经济性;动力电池聚焦快充、高能量密度和超长循环——不同的场景,对电池性能的要求不甚相同。如果试图用单一技术路线满足所有需求,就像用同一把钥匙开所有的锁,结果只
北极星储能网获悉,近日,府谷能源所属新元公司火电厂电池储能调频项目顺利实现并网,标志着公司风光火储、源网荷储“两个一体化”产业格局加速形成,不仅是在新型储能领域取得的重大突破,而且实现了国内高倍率含钠离子电池在燃煤火电厂机组辅助调频领域的开创性应用。该项目建设规模10MW/5MWh,采用
北极星储能网获悉,近日,深圳市证券交易所发布公告,终止对东莞市朗泰通科技股份有限公司(以下简称朗泰通科技)首次公开发行股票并在创业板上市的审核。根据公告内容,终止审核的决定是基于朗泰通科技主动提交的撤回上市申请文件,以及保荐机构国金证券股份有限公司相应提交的撤回申请报告。据招股书
5月27日,安徽省安庆市高新区源网荷储一体化(一期)2.5MW∣5MWh储能系统设备采购项目发布招标公告,招标人为安庆高新吉电能源有限公司。本项目建设内容为设计5MW/20MWh的储能电站,总占地约8.58亩,项目先行建设2.5MW/5MWh储能电站,并预留扩建接口。本项目作为安庆高新区源网荷储项目的配套设施建设
5月16日,广东省动力及储能电池标准化技术委员会(以下简称标委会)2024年年会在广东产品质量监督检验研究院总部召开。会议学习贯彻《广东省市场监督管理局专业标准化技术委员会管理办法》,审议通过了《广东省动力及储能电池标准化技术委员会2024年度工作报告》,以及由标委会归口、广东新型储能国家
北极星储能网获悉,5月27日,内蒙古巴彦淖尔市乌拉特中旗德岭山500千伏变电站电网侧储能项目PC总承包项目中标结果正式公布,中国水利水电第四工程局有限公司、许昌许继电科储能技术有限公司联合体以23288.4838万元中标该项目,折合单价0.582元/Wh。在此前的5月16日,该项目公布中标候选人。第一中标候
北极星储能网获悉,5月27日消息,由中铁广州局桥梁公司参建的佳航新能源产业园A区项目正式动工。佳航新能源产业园分两期建设,项目规划总建筑面积34.1万平方米,建成后可形成年产35GWh动力电池及储能电池的生产能力。
北极星储能网获悉,5月23日,黄桥经济开发区智慧储能电站项目中标候选人公示。项目招标人为江苏金桥建设有限公司,本工程拟利用江苏泰兴黄桥经济开发区内企业现有场地建设储能电站,规划安装容量为100MW/300MWh。本期储能电站采用全预制舱布量形式,户外放置100个3MWh储能电池舱。泰兴市盛秦电力设备有
5月26日,国家电投旗下临汾融临储能科技有限公司发布临汾经济开发区200MW/400MWh独立储能项目(二期100MW/200MWh)项目EPC总承包招标公告。本项目拟在山西省临汾市洪洞县甘亭镇郭堡村建设。总占地约50亩。储能建设规模为100MW/200MWh,储能电池采用磷酸铁锂电池,储能站电池系统及功率变换系统均采用户
5月26日,国家电投旗下广东峡能储能有限公司发布大埔峡能200MW/400MWh独立储能电站示范项目EPC总承包招标公告。本项目拟在广东省梅州市大埔县湖寮镇区域建设。总占地约36.14亩。储能建设规模为200MW/400MWh,储能电池采用磷酸铁锂电池,储能站电池系统及功率变换系统均采用户外预制舱布置方案。电站运
北极星储能网获悉,5月26日,科达利发布投资者关系活动记录表,主要围绕公司扩产进度、海外基地发展、降价影响、固态电池业务以及人形机器人市场布局等问题进行问答。在扩产方面,公司表示产能利用率保持较高水平,并将根据行业发展和客户需求动态调整战略。海外基地方面,匈牙利一期生产基地已投产,
北极星储能网获悉,5月23日,据公开平台显示,铁铬液流储能企业中海储能完成新一轮融资,此次融资由蚂蚁集团领投,君恒投资、北京昌平中小企业成长投资基金跟投,资金将主要用于技术研发及产能扩大。历史投资人为清流资本和红杉中国、经纬中国、源码资本等。据了解,中海储能成立于2020年,瞄准规模化
北极星储能网讯:5月21日,上海市科学技术委员会发布2025年度关键技术研发计划“新能源”项目申报指南,提到新型储能有储能电池本体技术、新型储能系统安全防护与智能测控技术2个方向可以申报。其中,高性能液流电池技术的考核指标为全钒液流电池额定功率≥70kW,体积功率密度≥160kW/m³,储能时长≥4
北极星储能网讯:5月26日,新疆采晨储能有限公司发布八师石河子市133团光伏配套158MW/308MWh高安全智慧电化学储能电站EPC总承包招标公告,最高限价20000万元,约合0.67元/Wh。29套5MW/10MWh磷酸铁锂电池1.67MW/3.34MWh磷酸铁锂电池4.5MW/7.2MWh钠离子电池八师石河子市133团光伏配套158MW/308MWh高安全
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!