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储能及锂电池产业如何拥抱黄金期? ——2018中国(义马)储能与动力锂电池及其关键材料发展论坛专题报道
2018年11期 发行日期:2018-06-03
作者:■ 魏坤

   近年来,随着新能源汽车以及储能领域的快速发展,我国锂电池在动力电池和储能电池领域齐头并进,取得了有目共睹的成绩。5月29-30日,由中国化工信息中心有限公司和义马市人民政府联合主办的2018中国(义马)储能与动力锂电池及其关键材料发展论坛在河南省三门峡市召开,与会专家与参会代表共同探讨了当前我国储能与动力锂电池及相关材料所关注的热点,储能电池的应用及技术突破等热点话题。

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新能源车市场向好,竞争加剧
   
    新能源车方面,我国已经连续三年位居全球新能源车产销第一大国。2017年,全球新能源车总销量超过了142万辆,累计销售突破了340万辆。截至2017年底,我国新能源车累计销量达到180万辆,在全球累计销量中超过50%。无论是销量、增速还是全球市场份额,中国均居世界第一。预计到2020年,国内新能源车产量达200万辆,占汽车销售量的7%~10%。预计到2030年,我国新能源乘用车年销量将突破1300万辆。动力电池方面,2017年我国新能源车(包括纯电动汽车和混合动力汽车)动力电池装机总电量约36.24GWh,相比2016年的28GWh,同比增长约29.4%。
    在新能源车市场的带动下,近年来中国动力电池产业持续保持快速稳定增长,产业协同创新水平不断提升,技术创新能力不断增强。但同时动力电池在快速发展过程中暴露出的大规模智能制造水平低、核心关键技术自主研发能力弱等问题也亟待解决。中国化工信息中心副主任揭玉斌表示,未来新能源车行业竞争将越来越激烈,大浪淘沙的过程已然开始。对动力电池而言,要适应新能源车日趋激烈的竞争,必须在基础关键材料、系统集成技术、制造装备和工艺等方面逐渐向国际先进水平靠拢。而动力电池梯次利用技术的不断成熟将大大降低储能行业的成本,新能源车的迅猛发展也将大规模推动储能产业扩容。
    中国汽车工业协会秘书长助理许海东认为,2018年中国将继续领跑新能源车市场。据统计,2018年1-4月,新能源车累计销售22万辆,同比增长149.2%。其中,4月销售8.1万辆,同比增长138.4%。目前,新能源车在续驶里程、性能、价格等方面在不断接近或达到传统汽车水平。其市场主要集中在北上广深及发达地区的省会城市,正在由以公共领域消费为主,转向私人领域消费为主。许海东指出,未来,我国新能源车行业的发展仍要考虑“三个能不能”:第一,产业发展能不能持续:第二,产业能不能保持并行或者引领;第三,产业环境能不能持续改善。
    北汽德奔汽车技术中心资深高级工程师王丽梅表示,截至2017年底,北京市纯电动汽车保有量达17.1万辆,纯电动汽车保有量居全国第一。据节能与新能源车技术路线图数据显示,到2020年乘用车平均油耗将达到5.0L/100km。而车的能耗70%与重量有关,电动车轻量化的需求将更加迫切,因此,要加快开发轻量化材料。


锂电池产业化依赖材料技术突破
   
    当前我国锂离子动力电池的发展特点主要表现在,正负极材料取得新进展、新突破,高镍正极材料产业化开始实施,硅基负极材料实现批量应用;高比能型锂离子动力电池快速发展,电池单体能量密度达到了230±20Wh/kg,安全性和使用寿命满足整车要求,实现了规模化应用;快充型技术进展显著;动力电池数字化工厂、智能制造已显趋势;热失控与热扩散控制技术取得重要进展;动力电池梯级利用和资源回收的关注度显著提高。

    ——行业洗牌期应注重产品差异化
    国家“863”计划节能与新能源车重大项目总体专家组、动力电池首席专家、工信部“十二五”规划负责人、中国电子科技集团公司第十八研究所研究员肖成伟表示,我国动力电池产业化进展迅速。根据工信部车型数据统计:2015年车用动力电池装车量达到163.4亿瓦时,2016年达到281.4亿瓦时,2017年达到360亿瓦时,预计2020年需求在1000亿瓦时左右;2017年电池行业的年产能规模达到2000亿瓦时,超过200家电池企业(含电池系统集成企业)。肖成伟认为,当前我国动力电池的优质产能仍显不足,这要求我国动力电池标准体系需围绕整车安全、电性能、寿命、空间布置与循环利用等需求开展制修订工作,其体系建设需要加快进行。当前,我国已发布实施包含20余项电池单体、模块、电池包和系统的标准,有力支撑了“新能源车生产企业和产品准入”等行业管理政策的发布和实施,引起了国内外广泛关注。
    招商证券电力设备与新能源分析师陈雁冰认为,新能源车中游演绎正在转变。当前,中游制造还在洗牌/调整期,但产品的差异仍在扩大,而技术进步是唯一出路。电池材料方面,围绕能量密度,产品差异化会更大,正、负极的重要性更强。其中,正极最值得关注的是811的冲击,其带来的变化可能会贯穿未来的2年。2014-2016年初,电芯持续供不应求,但2017年迎来投产高峰期,国内动力电池供需开始逆转,行业洗牌势在必行,但总体格局尚不清晰。

    ——国产材料亟需突破技术壁垒
    中南大学冶金与环境学院教授、中国化学与物理电源协会常务理事、湖南瑞翔新材料股份有限公司首席科学家胡国荣指出,目前国内三元材料技术竞争激烈,产品更新换代速度较快。目前国外三元材料领域竞争格局基本成型,形成寡头竞争的格局,主要为Umicore、住友金属、Nichia、L&F、Toda Kogyo等日韩三元材料供应商。国内三元材料厂商无论在技术上和产能上都与优美科等日韩厂家尚存一定的差距。前驱体在三元材料产业链中占据重要位置,具有较高的技术壁垒,并对三元材料的品质有重要影响,且为非标定制的产品。因此,自产前驱体的厂商在技术升级的竞赛中更具优势。同时,胡国荣认为,要发展三元材料就必须解决三元电池低成本清洁回收问题,否则三元电池的发展不可持续,未来三元材料与磷酸铁锂材料将并行发展,三元电池以乘用车为主,磷酸铁锂电池以电动大巴和储能领域为主。
    河南义腾新能源科技有限公司总工程师张金辉认为,当下锂电池成为新能源车、风光储能的首选,锂电隔膜的市场也呈几何级增长。但同时也要求隔膜在更低的成本下提供更高的性能要求。
    河南德道电子科技有限公司总经理蒋占伟表示,在政策倾向扶持高能量密度电池背景下,软包电池在乘用车领域的渗透率会不断加快,产能占比也将迅速提升。业内分析预计,2018年底,软包动力电池总产能将达产能38GWh,同比增长65%,约占全行业动力电池总产能20.9%。

    ——退役高峰期将至,梯级利用潜力大
    随着新能源车产销量的猛增,动力电池退役高峰将至。预计到2020年报废量将达20.07Gwh,约22万吨。北京赛德美资源再利用研究院有限公司董事总经理赵小勇认为,尽管动力电池剩余能量衰减到80%后不再适用于新能源车的使用,但用于比如储能市场、备用电源市场等合适的使用场景或用于电能存储的载体,还可以继续发挥作用。根据CNESA 研究部的预测,2025年,我国年度新增的梯次利用潜在规模将会达到33.6GWh。用电大户对削峰填谷经济考量、分布式光伏装机量的爆发式增长带动配套储能、铁塔基站电源等应用将给梯次应用带来广阔的市场。从目前统计的数据来看,2015年之前,从事电池回收的企业不到20家,而截至2018年3月,我国境内注册的动力电池回收企业接近300家。大部分企业集中在东南沿海城市,江西省较为密集。在回收利用过程中,传统湿法冶金技术存在多种弊端,例如,电解工艺采取低温焚烧方法处理,隔膜、电解液在焚烧过程中产生二恶因,易形成二次污染。湿法生产过程添加强酸、强碱、大量氨水等,如处理不当,存在污染空气、水、土壤的风险;对于贵金属含量不高的磷酸铁锂、锰酸锂电池经济效益差,商业模式不可持续等。


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储能电池研发安全是关键!
    
    2017年9月,国家发改委、财政部、科技部、工信部国家能源局五部委联合发布了国内首个储能产业政策文件《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,明确了未来10年储能产业的发展目标,可以预见未来大规模储能技术将迎来蓬勃发展。
    中国科学院物理研究所博士陆雅翔表示,当前层状氧化物正极材料实际应用正面临挑战,而硬碳负极材料实际应用也面临成本较高的问题。根据目前所计算的锂资源储量无法同时支撑电动汽车和电网储能。因此,碳酸锂的价格已由2015年初的4万元/吨涨至2016年初的16万元/吨,预计将来锂的价格将继续上涨。
    目前我国的电力行业市场化程度偏弱,市场化进程仍在路上,储能系统成本和新能源发电系统成本仍然偏高。中国科学院电工研究所研究员、储能材料与器件学科带头人陈永翀表示,储能电池技术包括储能电池本体技术和储能电池应用技术,两者缺一不可。在发展储能电池技术时,应以需求为导向根据不同应用领域的实际需求发展相适应的储能电池技术,低成本、长寿命、高安全、易回收是储能电池技术发展的总体目标。例如,短期内(5-10年),应关注低于峰谷电价差的度电成本。陈永翀指出,目前已经商业化应用的储能电池,包括锂离子电池和铅炭电池,在降低成本方面已经接近极限,若要进一步提高1倍以上的性价比,必须有新的颠覆性的技术突破或者工艺突破。
    对规模储能技术而言,由于系统功率和容量大,发生安全事故造成的危害和损失大,因此规模储能技术的首要要求是安全可靠,所以解决其安全可靠性是其重中之重,国家能源局“国家能源液流储能电池技术重点实验室”主任、中科院大连化学物理研究所首席研究员、大连融科储能技术发展有限公司首席科学家张华民指出,经研究发现非氟离子交换膜中的离子交换基团的存在是导致稳定性下降的根本原因。全钒液流储能电池储能容量及输出功率大,尤其适合大规模储能。全钒液流电池电解液性能衰减的原因是微量副反应长期积累等引起的物质失衡和价态失衡引起的,可通过在线或离线再生技术恢复,电解液可循环利用。全钒液流电池离子传导膜为非氟烃类高分子材料,电池报废后可以作为燃料烧掉,残值高,除CO2外没有其他环境污染物。

乘政策之风,积极布局锂电产业
    
    近年来,我国把发展新能源车产业作为从汽车大国走向汽车强国的重要途径,动力电池作为核心零部件,其相关上下游产业也得以迅速壮大。三门峡市把发展新能源车及其零部件产业作为转型创新发展的重要方面。三门峡市人民政府副市长孙继伟强调,未来三门峡市还将落地动力电池包、纯电动乘用车电机电控等项目,加快形成以新能源整车为引领,相关零部件产业集聚发展的态势。
    中共义马市委书记、义马煤化工产业集聚区党工委书记杨彤指出,截至2017年底,义马市新材料及电子信息产业增加值占工业增加值比重达14.2%,煤炭产业比重则由最高时的63.2%,下降至目前的32.9%,逐步摆脱了对煤炭的过度依赖,在资源型城市转型方面迈出了坚实的步伐。
    此次大会上,义马市首次发布了其锂电池产业发展的未来规划,义马市人民政府常务副市长刘万增指出到2020年,义马市将建成“河南省锂电池产业链创新战略基地”,到2025年将义马市打造成全国具备一定影响力的“全国锂电池产业研发制造基地”,初步建成“以电芯及电池包制造为龙头,以锂离子电池关键材料为支撑,以锂离子电池回收及梯次利用为延伸,以锂电设备制造为亮点”的“四位一体”的锂离子电池产业发展格局。到2025年,2家以上锂离子电池电芯及电池包制造企业年产能达到5Gwh;形成2家锂离子电池回收及梯次利用企业,年处理废旧锂离子电池30万吨;形成2家锂电设备制造企业;形成6家以上锂离子电池关键材料(正极、负极、隔膜、电解液、结构件等)生产企业。整体锂离子电池产业链企业达到15家以上。到2025年,动力电池及电池包生产规模达到5Gwh,产值达到50亿元;电池材料产值为30亿元;电池设备制造产值为10亿元;电池回收及梯次利用产值为10亿元。整体锂离子电池产值达100亿元。到2025年,建成5家以上国家级和省级锂离子电池产业链研发中心,科研人员达200人,授予发明专利累计达100项,各类产业链上企业产品研发投入占销售收入比重达5%以上。

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