锂电池行业专业术语百解!

锂电有点忙 2024-02-10 07:41:40

磷酸锰铁锂的未来

目前锂电池中较为常用的磷酸盐系正极材料为磷酸铁锂(LFP),主流新型的为磷酸锰铁锂(LMFP),即通过在磷酸铁锂基础上引入锰元素,从而获得更高的综合充放电电压,相比磷酸铁锂具有更高的能量密度、更好的低温特性以及低成本优势;相比三元材料有着高安全性和寿命长的优点。

磷酸锰铁锂是正极材料重要的发展方向,优势显著。东吴证券去年的研究报告预测,预计锰铁锂电池率先应用于两轮车和续航700km左右的动力车型。并测算锰铁锂2025年的渗透率将达到5-10%,电池需求近130GWh,对应正极需求超20万吨,市场规模近150亿元。

虽然前景被广泛看好,但磷酸锰铁锂也存在电导率低+电压不稳定+锰溶出等难题等待攻破。未来随着碳包覆、离子掺杂、纳米化等技术改性方案的推出和应用,磷酸锰铁锂材料的性能和成本将可以实现平衡,届时下游电池端也能更快实现大规模量产应用。有分析认为,预计两到三年内富锂锰动力电池将会成为动力电池的主流产品之一。

钛酸锂电池

钛酸锂电池最大的特点是安全,无论高温、低温、穿刺、撞击等极端环境,都不会起火、爆炸;可以快速充电,6~15分钟即可快速充满电;循环寿命长,可以20000次以上循环充放电;工作温度范围宽,不借助外部辅热,可在-50℃~70℃环境温度范围内正常充放电。

高镍材料的单晶化

当前三元正极材料主要有三大发展趋势:单晶化、高电压化、高镍化。发展单晶主要是为了提高电池的循环寿命,高镍和高电压主要是为了提高能量密度。

单晶方向,代表性的正极材料企业有振华新材等,高电压方向有厦钨新能、长远锂科等,高镍方向有容百科技、当升科技等。各技术方向交叉发展,比如高镍单晶,代表性企业容百科技等。

单晶化

与制备多晶材料相比,制备单晶材料的烧结温度一般高70~80度。单晶材料在烧结过程中,一次颗粒会长大,二次颗粒也会粘连在一起,因此烧结完后需要进行研磨处理。

正极从多晶向单晶方向发展,也带来了一些挑战。制备工艺:如果烧结不充分,形成了准单晶,可能会达不到预期效果。另外,单晶颗粒在充放电过程中会产生可逆滑移,制备单晶需要更高的烧结温度,但是高温容易引起锂镍的混排。由于多晶体系中锂离子扩散系数高,采用单晶往往会牺牲倍率性能。

电池测试的耐用性标准

在新开发电池的测试中,耐用性会是最重要的标准。在这一发展阶段,行业的标准目标是700个充电周期和最大20%的容量损失。

钠离子正极材料及技术路线

1.钠离子电池正极材料之层状氧化物:兼顾能量密度和循环寿命

过渡金属氧化物材料的表达式为 NaxMO2(M 为 Fe,Co,Ni,Mn,Cr,Ti 等过渡金属元素),包括层状过渡金属氧化物材料和隧道型过渡金属氧化物材料。层状氧化物晶体结构类似于三元正极材料,其优点是能同时兼顾能量密度和循环寿命。另外,层状氧化物中包含的金属主要包括铜,锰和铁等元素,都是供应充足,价格相对低廉的金属。但是,钠的过渡族金属氧化物材料 NaxMO2 的吸潮性很高, 即使在空气中暴露非常短的时间都会吸收空气中的水分,从而影响电化学性能。因此,过渡族金属氧化物材料的结构对合成条件以及钠含量等条件极为敏感, 其稳定性相对其他正极材料略差。

目前,层状氧化物的比容量通常在 100-145mAh/g 之间,循环次数 2000-3000 次。目前电池厂商公开的层状金属氧化物种类包括中科海钠的铜铁锰酸钠,钠创新能源的铁镍锰酸钠,立方新能源的锰铁氰基正极材料等。

2.钠离子电池正极材料之普鲁士蓝(白):低成本和高倍率普鲁士蓝(白)化合物正极材料拥有面心立方晶体结构,过渡金属离子与氰根离子形成六配位,钠离子处于三维通道结构和配位孔隙中,为可逆嵌脱提供了良好的迁移通道。普鲁士蓝(白)的面心立方晶体结构和开放式隧道框架结构,为 Na 离子提供了更大的传输通道,从而使得该材料具有较高的能量密度潜力和较好的倍率性能。以典型的 Na2FeFe(CN)6 为例,其理论比容量为170mAh/g,高于典型的过渡金属氧化物和聚阴离子材料的比容量。另外,普鲁士蓝(白)系列化合物合成方法相对简单,成本较低。

但是,实际上普鲁士蓝(白)晶体骨架中存在较多空位和大量结晶水,造成材料结构的缺陷,降低了材料的实际比容量,并影响材料的循环性能。目前普鲁士蓝(白)化合物实际的比容量在 70-160mAh/g 之间,循环性能为 1000-2000 次。所以解决普鲁士蓝(白)空位缺陷和结晶水的问题是开发该正极材料的关键。目前各企业主要通过纳米结构、表面包覆、金属元素参杂、改进合成工艺降低配位水和空位等方法来解决。此外,关于普鲁士蓝(白)系列化合物的另一层担忧是其会可能会分解形成有毒的氰化物,但是实际上该化合物只有在 300度 以上高温才会释放氰化物。

3.钠离子电池正极材料之聚阴离子:高稳定性聚阴离子型化合物三维立体结构多样且结构稳定,以类似于磷酸铁锂的橄榄石型晶体结构居多。聚阴离子化合物在钠离子的嵌入和脱出过程中体积变化小且相变少,因此长期循环稳定性好,安全性高。聚阴离子化合物的循环次数大多在 4000 次以上。聚阴离子化合物的劣势主要在于其比容量相对较低,目前在100mAh/g 上下。聚阴离子型化合物种类比较多,目前研究较多的包括硫酸铁钠、氟磷酸钒钠和磷酸钒钠等。总体而言,层状氧化物、普鲁士蓝(白)和聚阴离子化合物三条正极技术路线的性能水平各有优劣,都有对应的厂商在布局。

层状氧化物能兼顾能量密度和循环性能,并且和三元正极材料体系结构相近,是目前钠电池厂商或者正极配套厂商布局最多的品种,当前来看最先落地的适用场景可能是 A00 级别电动车, 和两轮车等。

普鲁士蓝(白)化合物如果能解决结晶水的问题,其能量密度和循环性能提升的潜力很大,加上其成本低,未来在电动车和储能领域都有应用的可能性。聚阴离子能量密度虽然不高,但是优异的循环性能和稳定性会在特定的储能场景可能有很好的匹配度。类似于锂电池多种正极路线并存格局,未来钠离子正极材料各技术路线在电动车、两轮车和储能等不同层次的细分市场都可能匹配到合适的应用场景。

钠离子电池厂商的路线选择

钠电厂商的正极选择:主攻层状氧化物,紧跟其他路线。主流钠电企业当前阶段主攻层状氧化物,但是也在积极布局聚阴离子或者普鲁士蓝(白)等技术路线。

宁德时代于 2021 年 7 月发布的第一代钠离子电池是普鲁士白作为正极材料,电芯单体能力密度达到 160Wh/Kg。宁德时代也在持续的跟进和研发层状氧化物为正极的钠离子电池,甚至不排除也有聚阴离子化合物方向的技术储备。

传艺科技当前的研发和量产重点是层状氧化物,根据公司的披露,目前公司层状氧化物路线的钠离子电池电芯能量密度为 145 Wh/kg,循环次数为 4000 次, 一期 2GWh 钠离子电池产线也将以层状氧化物为主。而实际上传艺科技也有聚阴离子技术路线的储备,并表示对应的电池的循环次数能达到 10000 次,所以公司在二期阶段会针对大型储能市场规划聚阴离子正极材料产线。

维科技术(合作方为钠创新能源)和中科海钠目前也以层状氧化物作为主攻路线。实验室环境下,维科技术(合作方钠创新能源)和中科海钠三家公司制备的钠离 子电池能量密度在 145-150Wh/Kg,循环次数 3000-5000 次之间。维科技术目前也开始对聚阴离子正极材料进行测试,而中科海钠早在 2019 年的一项专利上面就对聚阴离子有过深度研究。

立方新能源第一代钠离子电池采用自主合成层状氧化物正极和硬碳负极,软包单体电芯重量能量密度可到 140Wh/Kg,同时具有 240Wh/L 的体积能量密度。实际上,立方新能源在 2016 年就成功制备了 Ah 级软包钠离子电池(普鲁士蓝/硬碳体系),单体能量密度达到120Wh/kg,所以立方新能源其实也有普鲁士蓝技术的储备。

储能电池如何赚钱?

储能怎么赚钱?在工商业储能上最主要的模式是峰谷价差收益。

因为工厂电价有高峰低谷,配置储能产品就可以在低电价时充电、高电价时放电,储能项目的利润之一正来自于其中的价差。

在国内市场,有95%的场景属于峰谷价差套利。全国有24个地区峰谷价差达到0.7元以上。

按不同细分场景来看,储能基础盈利模型是确定的,当下阶段的关键在于渠道。

户用储能依靠渠道网络、售卖,安装和本地化服务。

大型储能依靠降本和制造能力、拼招投标,更像是传统包工程。

工商业储能的主要玩法更侧重于资产,是否有强大的“朋友圈”和资源整合能力(资本、资金)以及商业模式创新。

工商业储能的应用可能面临海洋盐雾、夏日酷热、沙漠沙尘暴、雪域高原等严酷环境,因此不太可能出现一家公司产品统领市场的情况。

储能企业代表——海辰储能

面对工商业储能项目存在场景多元化、个体差异大、项目收益测算难等问题,海辰储能自主研发了技术评估及经济性评价模型。

这套模型可通过输入企业一年或多年、每十五分钟的用电负荷,精准测算项目最优适配容量,并依据各省市地区的电价情况,配置对应的充放电策略。同时结合预设海辰电芯的容量衰减模型,测算出系统的全生命周期充放电量。

一线业务在面对工厂主最关心的三个问题——厂房的储能要装多大?能用多久?每年能赚多少钱?就能够基于用户实际负荷及电池系统的信息给到最直接明了的数字。

模型能够发挥的作用一直持续到项目后期。这套模型可以为用户提供敏感性因素分析表,该表涉及十亿级以上的运算量。项目成功落地后,部署储能系统的研发人员还可以通过全面仿真,预测用户的负荷曲线变化、以及最直观的经济性表现。

而对于储能行业,现在还没有真正属于电化学储能的保险产品。各大保险机构也没有专门的险种来保障产品及资产的安全及性能。

换句话说,没有保险,工商业储能就没法形成一个稳定的资产端,来吸引更多的投资。

因此,海辰储能通过与PICC、慕尼黑再保等保险公司合作,为系统及资产提供全生命周期的安全保险和性能保险。合作除了提供系统产品基本的质保、延保、运维以外,还为集成商打通了产品生命周期的全保险通道。

从终局视角判断工商业储能的市场趋势,未来的工商业储能赛道头部和中部都会产生相当可观的市场,形成层次分明的市场生态,头部集中度不会如电池厂那样明显。

23年电解液市场盘点

2023年电解液行业集中度进一步提升,产量CR4占比达到72.8%,较2022年增加2.4个百分点;二梯队之间的距离拉大,新进入者的竞争能力亦不断增强,对现有竞争者无疑是较大的挑战。

从全球角度来看,天赐、比亚迪、新宙邦、瑞泰新材仍居第一梯队宝座,三菱化学产量及排名都较为稳定,亿恩科市场占比明显提升,整体来看,国内电解液厂家的竞争实力明显高于国外厂家。

展望2024年,预计全球电解液出货量将超过140万吨,市场集中度或将进一步增加,TOP4企业依然为天赐、新宙邦、BYD和国泰,天赐的龙头地位短期内很难被撼动,胜华、永太及国轩电解液已稳定出货,新进入者或将挤占现有者市场份额,二梯队未来竞争格局或将继续变化;国外电解液出货以稳定为主,稳中小幅增长,整体市场增幅仍在国内。

0 阅读:0

锂电有点忙

简介:感谢大家的关注