加载中 ...
首页 > 储能 > 电化学储能 > 正文

磷酸铁锂、三元、钠电池、铝电池等6种技术竞技,谁是王者?

2021-12-22 19:06:00 来源:国际能源网

据称地球上原无金属,是屡次撞击地球的行星为地球带来了各种不同的金属。显然行星撞击的时候随意性太强,并给地球居民带来了一定的困扰,其中之一就是锂。这是目前电化学储能系统应用最广泛的金属,但是目前锂电池产业最红火的地区——中国——却受困于锂资源的不充足。不过其他金属也相继走进电池领地,让电化学储能变得众彩纷呈。

磷酸铁锂和三元,真的是对手吗?

说起来磷酸铁锂电池和三元电池都是锂离子电池领域的兄弟,不过近两年来,磷酸铁锂电池和三元电池似乎有一些你追我赶、各不相让的趋势。尤其是11月18日,工信部对《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》(征求意见稿)和《锂离子电池行业规范公告管理办法(2021年本)》(征求意见稿)进行公示之后,业内都发现,似乎对正在大踏步前行的磷酸铁锂电池有一定的抑制倾向:

新规范要求:能量型动力电池项目单体能量密度应≥180Wh/kg,电池组能量密度应≥120Wh/kg。虽然磷酸铁锂电池组的能量密度超过120这个数字很不少,但是单体数字却有点危险,因为主流的磷酸铁锂电池单体能量密度还在160Wh/kg附近徘徊,按这么算,不少产品无法满足新规要求。

但新规真的是在抑制磷酸铁锂电池吗?

还是从正极材料说起。就像味道醇厚的锅底是火锅的灵魂一样,正极材料也承担着锂电池的灵魂这一角色。在电池制造成本中,正极材料占比约40%。

正因为如此重要,所以连锂离子电池也是按正极材料来区分。经过30余年的发展,当前用作锂电池的正极材料已经进入产业化的主要有钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(NCM、NCA)。磷酸铁锂和三元是动力电池中最大的两类,所以尤其引人瞩目。另外董明珠的银隆公司用一种钛酸锂(LTO)的材料,但是钛酸锂并不是用来作为正极材料,而是用作负极材料。钛酸锂电池的正极材料依旧是磷酸铁锂或者三元材料等。

“三元”这一名称来自三种金属,是指正极材料使用镍钴锰酸锂(NCM)或者镍钴铝酸锂(NCA)。以镍盐、钴盐、锰盐(铝)为原料,里面三种的比例可以根据实际需要调整。

在动力电池领域,磷酸铁锂电池和三元电池争竞,是因为二者各有优势。

从表中可以知道,和三元材料相比,磷酸铁锂的优势是安全性高,另外一个优势的成本比较低,劣势是能量密度没有三元材料高。

正因为成本的优势,在2017年以前,动力电池中磷酸铁锂电池凭借比较相对低的成本可以说是一骑绝尘。但在2017年,因为当时的政策补贴鼓励高能量密度,三元电池后来居上,很快取代磷酸铁锂电池的主流地位,最高达到了动力电池68%的占比。

不过随着政策补贴的退坡乃至消失,再加之对安全性的要求逐步提高,磷酸铁锂再次崛起,从去年年初以来,磷酸铁锂电池的装机占比从38.3%开始一路追赶三元电池,到今年6月份,磷酸铁锂电池的装机量实现反超,到今年11月数据,已连续5个月超过三元电池的装机量。

那么今年11月18日的新规重提能量密度,是真的又重复2017年的老路吗?

回答是:并非如此。其实新规里也给三元电池提出了要求:三元材料比容量≥175Ah/kg。在12月10日确定的《2021 年版锂离子电池行业规范条件》中,三元材料比容量降为≥165Ah / kg。目前三元8系及以上高镍材料毫无疑问均达标,但三元5系及以下的量产比容量或有部分企业不达标。显然三元电池并不是高枕无忧。

也就是说,国家对磷酸铁锂和三元两种材料都提出了更高的要求,两者要在更长的赛道中表现自己的优势。

目前磷酸铁锂材料带火了已经多少年古井无波的磷化工市场,甚至包括新洋丰和云天化等好几家传统磷化工企业都大踏步进入磷酸铁锂领域,这个赛道里依旧有它们大作为的空间。磷酸铁锂电池能量密度达到合规的程度,是相关企业的努力方向。

同样,三元材料企业也继续有持续的技术努力空间。目前三元材料技术方向主要是高镍和低钴甚至无钴。高镍是为了提升能量密度、安全性能和寿命,无钴则是因为钴太贵了。全球 66% 钴产量都出自政局不稳定的刚果(金)。就在12月20日,外媒有消息称,刚果(金)时局更糟糕了,叠加了非洲疫情,钴价又要高涨。而且钴元素并不参与电化学反应,所以在高镍的同时降低钴,是提升电池能量密度和降低成本的好方法。

固态锂电池和锂硫电池能否扛大梁

为了提高锂电池的能量密度和安全性,除了磷酸铁锂电池和三元电池的技术努力,全球还在固态锂电池(包括半固态锂电池)和锂硫电池等方向上探索。

固态锂电池方面,储能头条曾经在《循环性能高达45000次!固态电池离冲锋上阵还有多久?》一文中进行过详细说明。它是把液态电解质替换为固态物质,提高了锂离子或金属锂的材料密度,能传导更大的电流,进而提升电池容量。因为固态电池中没有电解液,更安全,体积更小能量密度更大。

除了安全,体积小也是固态电池很吸引人的优势。在传统锂离子电池中,需要使用隔膜和电解液,它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。固态电解质的使用使得电池的厚大大降低。

全固态电池技术也被市场认为是下一代电池技术。

除了钛酸锂电池,还有一项锂硫电池技术方向,它以硫为正极材料,以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子,正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物,正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下,锂硫电池的正极和负极反应逆向进行,即为充电过程。锂硫电池的理论放电质量比能量为2600Wh/kg。

固态锂电池和锂硫电池,都是很有希望能提高锂电池功率密度的新技术,液态锂电池的成本大约在1200-2000元/千瓦时,但如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池,其成本会高达6万元,更别说为汽车供电的固态电池成本了,所以固态锂电池和锂硫电池目前离产品市场化还有一段距离。

钠离子电池和铝离子电池能一较高下吗?

12月20日,宁德时代回复投资者有关钠离子电池的问题时说,之前公司已启动钠离子电池产业化布局,2023年将形成基本产业链。

钠离子电池和锂离子电池一对比,立刻就可以看出来它的优势所在:钠丰度高,不像锂资源那样在地球多地区都捉襟见肘,这也同时带来了钠离子电池成本对比来说比较低。还有一个优势是环境适应能力强,在低温环境下不掉链子的概率比锂离子电池装机的新能源车要高。但与此同时它也有致命的弱势是能量密度低。

在锂离子电池的能量密度都不得不对续航要求抱以尴尬微笑的时候,钠离子电池目前的能量密度只能说对续航要求有点不忍对视了。不过,宁德时代有办法,在还无法通过技术大规模提升钠离子电池能量密度之前,采取“混合动力”模式,来保证能量供应。不过这种混动并非和汽油混动,而是钠锂混动。

在今年7月,宁德时代公布钠离子电池开发已经起步时,公布了AB电池解决方案:钠离子电池与锂离子电池能够同时集成到同一个电池系统里,通过将两种电池按一定的比例和排列进行混搭,串联、并联集成,然后通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制,这样可以实现取长补短,既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能的优势,这样的锂-钠电池系统,就能适配更多应用场景。

国内目前除了宁德时代,发力钠离子电池的并不多,不像锂离子电池企业那样群贤毕至、热火朝天。曾经有评论认为,宁德时代是动力电池整个产业链条的核心。宁德时代选择了钠离子电池赛道,也将对钠离子电池的发展有着举足轻重的引领作用。

铝离子电池目前的消息更多是来自于印度公司Saturnose。不过这一技术的开发也比较早。

铝离子电池的原理和化学方程式比较简单:以高纯度铝为负极、氧为正极,以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。

铝离子电池可以在很短的时间内充满电,并可以反复充电7500次,表面上看,这一类电池是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。但自从上世纪60年代开始开发以来,却没有大规模应用,是因为铝电池有一个致命缺陷:不像锂电池那样抗腐蚀。若不使用锂离子电池一个月,它们会损失5%的电量,而铝电池由于铝受到腐蚀的因素,会损失掉80%电量。

铝电池在放电过程中阳极腐蚀会产生氢,这不仅会导致阳极材料的过度消耗,而且还会增加电池内部的电学损耗。科学家们的应对措施是将高纯度金属铝中掺杂特定的合金元素以提高金属铝阳极耐腐蚀性,或者在电解质中添加腐蚀抑制剂。

今年12月初宣布将实现铝电池量产的Saturnose公司被人发现是一家成立于今年四月的公司,全球对它能半年多时间就能克服“腐蚀作用”持有怀疑态度。不过Saturnose宣称自己已经在秘密状态下进行技术攻关达五年之久。

如果真的铝电池厂商拿出来能够实现量产的丰硕成果,那么它必然会成为电化学储能的新的生力军。

就目前来看,锂电池依旧在技术上遥遥领先,磷酸铁锂和三元一前一后毫不相让,在赛道上都需要努力才能达到工信部的要求,钠电池和铝电池也在迈出试探性步伐,如果能够迈出足够大的步伐,超越锂电池也极有可能。

“新能网”的新闻页面文章、图片、音频、视频等稿件均为自媒体人、第三方机构发布或转载。如稿件涉及版权等问题,请与

我们联系删除或处理,客服邮箱alikiki@126.com,稿件内容仅为传递更多信息之目的,不代表本网观点,亦不代表本网站赞同

其观点或证实其内容的真实性。

  • 声音提醒
  • 60秒后自动更新
  • 黑石分析师Byron Wien和Joe Zidle警告称,锂电池意外短缺可能会令电动汽车行业的上行产生风险。 Wien和Zidle将锂电池列为2022年值得关注的十大意外之一。 他们表示,“美国的绿色能源计划遭遇挫折,它发现无法购买足够的锂电池来为计划生产的电动汽车提供动力。中国主导着锂市场,以及用于制造传动杆的钴和镍市场,它选择保留这些大宗商品的大部分供应,供国内使用。” 黑石认为Lithium Americas(LAC.US)、Standard Lithium(SLI.US)、Rock Tech Lithium Inc、Albermarle(ALB.US)和Livent Corporation(LTHM.US)都是值得关注的锂电池公司。 与此同时,特斯拉(TSLA.US)、通用汽车(GM.US)、福特(F.US)、Fisker、Rivian Automotive(RIVN.US)和Lucid Group(LCID.US)等电动汽车厂商都希望在扩大规模的同时降低电池成本。

    11:11
  • 据报道,特斯拉的能源部门正鼓励员工反对加州公共事业委员会(California Public Utilities Commission)的一项提案。据了解,该提案会让客户在使用太阳能时,实际费用变得更加昂贵。 据悉,在此前若客户的太阳能设备产生了多余的太阳能,客户可以选择将其送回电网,同时,客户也可获得一笔额外的收益。而该提案将降低向那些生产多余太阳能并将其送回电网的客户所支付的费用,并同时增加每月与电网并网的费用。这可能会降低消费者从特斯拉那里购买该公司旗下太阳能产品的欲望。特斯拉建议员工向监管机构提交相关意见,以及加入Solar Rights Alliance。

    15:58
  • 12月30日,宁德时代发布公告,宁德时代拟通过全资子公司四川时代新能源科技有限公司在四川省宜宾市三江新区内投资建设动力电池宜宾制造基地七至十期项目,项目总投资不超过人民币240亿元,占地面积3200亩。 同日发布公告,宁德时代与浙江远景签订《关于供需联动和产能保证的商务协议》。协议中约定,宁德时代将在2022年至2026年期间向浙江远景供应动力电池产品。合作期间,合计采购量不低于 57GWh,每年度具体采购量由双方在前一年的9月30日前锁定,并通过签署书面协议进行约定。 据了解此前12月24日宁德时代贵州新能源动力及储能电池生产制造基地项目在贵安新区开工。规划建设年产60GWh动力及储能电池生产制造基地。该项目将分为两期建设,一期用地约885亩、设计年产能30GWh动力及储能电池生产线及相关配套。

    09:19
  • 12月21日,玉柴在北京理工大学正式发布中国首台商用车燃氢发动机。该款发动机点火实现稳定运行,标志着玉柴在掌握大规模、低成本利用氢能的关键技术上迈出了关键步伐。

    20:20
  • 记者日前从国家能源局获悉:今年前11月,我国新能源发电量达到10355.7亿千瓦时,年内首次突破1万亿千瓦时,同比增长32.97%,占全国全社会用电量的比例达到13.8%,同比提升2.14个百分点。10355.7亿千瓦时,基本相当于今年同期的全国城乡居民生活用电量数据。 前11月,全国风电发电量、太阳能发电量、生物质发电量分别达到5866.7亿千瓦时、3009亿千瓦时、1480亿千瓦时,同比分别增长40.8%、24.3%、23.4%,新能源发电量对全国电力供应的贡献不断提升。与此同时,新能源消纳取得新进展,风电、光伏利用率分别达到96.9%、97.9%。 据介绍,我国风电、太阳能发电累计装机容量稳居世界首位,今年海上风电装机容量跃居世界首位。 据国家能源局介绍,2022年要推进东中南部地区风电光伏就近开发消纳,积极推动海上风电集群化开发和“三北”地区风电光伏基地化开发,抓好沙漠、戈壁、荒漠风电光伏基地建设。此外,要积极稳妥发展水电,核准开工一批重大工程项目。有序推进生物质能开发利用。

    12:38
  • 2021年12月25日,“领跑氢能未来·共创双碳时代”京津冀燃料电池汽车示范城市群启动会议在大兴国际氢能示范区隆重召开。 会议发布了《京津冀燃料电池汽车示范城市群实施方案(简本)》《京津冀燃料电池汽车示范城市群年度任务计划》《京津冀燃料电池汽车示范城市群工作机制》等多个文件。同时,中国科学院院士李亚栋、清华大学车辆与运载学院院长李建秋、北京清华工业开发研究院院长金勤献、中国工业气体工业协会秘书长洑春干、北京清华工业开发研究院副院长朱德权五位专家被授予“京津冀燃料电池汽车示范城市群特聘专家”称号。 启动会议结束后,随即召开京津冀燃料电池汽车示范城市群第一次工作推进会。

    12:32
  • 近日,东方日升旗下子公司东方日升新能源(香港)有限公司和TASCO JOINT STOCK COMPANY(越南塔斯克公司)一起与VIETNAM ELECTRICITY(越南电力集团)签订了越南太阳能电站EPC总承包协议,包含100MW和50MW项目。这表明东方日升拥有深厚的国际化运营经验,企业一体化实力保证供应链稳定,为项目推进保驾护航。 越南电力集团是越南国有公司,在当地电力发电、电力传输、配电和电力销售等领域实力领先,是支撑越南全国电网统一管辖的中坚力量,也是推动当地太阳能项目建设的核心公司。根据越南国家可再生能源发展战略,到2030年,越南政府计划将太阳能发电装机容量扩大至12GW,巨大的市场潜力仍待进一步开发。东方日升与越南电力集团通过此次EPC总承包项目达成战略伙伴关系,未来双方将进一步拓展合作纵深,以专业服务、国际化运营水准助力越南光伏市场高质量发展。 东方日升香港公司总经理袁建平表示:“我们非常荣幸获得越南电力集团的充分信任,为关系到越南国家供电网络升级的历史性项目提供EPC整体服务。东方日升将凭借丰富的全球运营经验与专业知识、先进技术,助力该项目以最高的质量和安全水平完成建设,为业主带来最现代化的新能源组件工艺,实现客户生态收益与经济收益同步增长。未来东方日升也将加强与合作客户及越南省级客户的关联,随时准备协助越南各地区实现能源转型和可持续发展,携手迈入全球‘零碳时代’,共赴新能源绿色未来。”

    23:00
  • 据行业媒体报道,苹果首款电动车Apple Car或将于明年9月问世,比原先规划提早至少两年,原型车已经在美国加州上路测试。有供应链人员透露,苹果按照iPhone备料催货惯例,近期向和大、贸联-KY、和勤、富田等台湾汽车零组件厂提出备货要求,将相关业内企业入列首批供应链。 在智能终端行业进入成长趋缓期的当下,不少公司开始逐步从传统电子制造切入新能源的动力与储能的赛道,包括早期的电池类标的,随之带动的则是等电池结构与连接件的制程公司。机构指出,未来随着苹果智能汽车的推出,中性条件假设下,苹果获得全球5%市场份额,对应智能汽车销量约287万辆,对应的营业收入约765亿美元,参考当前新能源汽车领域可比公司估值水平,该项业务中长期有望为公司带来近万亿美元的估值贡献。

    22:48
  • 12月19日,由中国能建广东火电承建的福山循环经济产业园生活垃圾应急综合处理项目5号机组顺利通过“72+24”小时满负荷试运行。 福山循环经济产业园生活垃圾应急综合处理项目,是目前国内处理量最大的垃圾发电工程,也是广州市重点建设项目。项目配置6台800吨/日炉排焚烧炉、3台50兆瓦汽轮发电机组,同时配套烟气净化系统、污水处理设施、灰渣综合处理设施等相关配套设施。项目全面建成投产后,预计日均处理生活垃圾4000吨,年处理垃圾超过140万吨,年发电量11亿千瓦时。

    14:55
  • 在日前于四川宜宾召开的2022中国汽车市场发展预测峰会暨投资合作大会上,中国汽车工业协会预判,2022年中国汽车总销量可达2750万辆,同比增长5.4%,其中,乘用车销量为2300万辆,同比增长8%;商用车销量为450万辆,同比下降6%;新能源汽车销量为500万辆,同比增长47%。天眼查数据显示,截至2021年10月,我国现有37万余家新能源汽车相关企业中,超3700家为高新技术企业。

    14:51
  • 12月17日,国家能源局发布1-11月份全国电力工业统计数据。截至11月底,全国发电装机容量约23.2亿千瓦,同比增长9.0%。其中,风电装机容量约3.0亿千瓦,同比增长29%;太阳能发电装机容量约2.9亿千瓦,同比增长24.1%。其中光伏新增装机3483万千瓦,风电新增装机2470万千瓦。 1-11月份,全国发电设备累计平均利用3483小时,比上年同期增加87小时。其中,核电7102小时,比上年同期增加356小时;风电2031小时,比上年同期增加119小时。 1-11月份,全国主要发电企业电源工程完成投资4306亿元,同比增3.6%,其中,水电848亿元,同比下降5.1%;太阳能发电513亿元,同比增长34.9%。电网工程完成投资4102亿元,同比增长4.1%。

    11:07
  • 近日,全球最大风机,西门子歌美飒的SG 14-222 DD14MW样机,已正式投运发电。 径222米,再加上14MW的容量,三项数据一举超过当时最大的GE Haliade-X 12MW机型。 14MW样机安装在位于丹麦Østerild的国家风能测试中心,计划在2024年正式商业化;而该机型的升级版,SG 14‑236 DD机型叶轮直径达到了236米,扫风面积43500平方米,功率可升级到15MW。开发商Vattenfall已表示,将在刚刚取得开发许可1.8GWNorfolk Boreas项目采用15MW机型。 值得一提的是,维斯塔斯也已开始筹备V236-15MW样机,而测试地点同样选在了丹麦Østerild国家测试中心。 今年8月,明阳智能推出了MySE16.0-242 16MW机型。对于全球最大风机的称号,不久前,西门子歌美飒产品平台负责人Martin Gerhardt表示,从对外宣布到实现商业化还有很长的一段路要走,公司坚信能保持海上风电整机市场的领导地位。

    11:05
  • 近日,美国能源部(DOE)宣布资助2700万美元支持波浪能发电技术研发及其市场化,旨在将海洋波浪能高效转化为清洁电力并加快技术的商业化进程。 本次资助主要聚焦三大主题领域:一是在PacWaveSouth设施开展波浪能转换装置技术测试(资助金额:1500万美元),重点测试用于偏远地区和微电网的新型波浪能转换装置设计,测试获得的数据将构建一个开放数据共享网络,便于相关研究人员的数据访问和开展科研工作。 二是创新波浪能转换装置的设计(资助金额:500万美元),开展新型的波浪能转换装置设计以更加高效地将波浪能转换为电能,以产生离网或并网电力。在项目结束时,基于新设计系统将在PacWave South设施上开展原型测试。 三是开放式主题创新(资助金额:700万美元),利用PacWave测试设施进行有效的波浪能研发,包括先进的波浪能转换装置、波浪能发电系统组件、环境监测技术、波浪测量系统和其他相关支撑技术研发。

    12:59
  • 12月15日,鄱阳县与星能数字科技有限公司合作签约仪式举行,标志着投资50亿元锂离子电池储能项目正式落户江西上饶鄱阳,建设智能化、数字化储能项目。 据了解5月21日,江西省人民政府发布江西省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要的通知,通知中提出加快新一代太阳能电池、新型锂离子动力电池产业化,推广“光伏+”应用,提高光伏转化效率,大力发展锂电电池关键材料,培育若干国际一流企业,打造全国新能源产业重要基地,建设世界级新能源产业集聚区。随后赣锋锂业、宁德时代皆在江西布局锂离子电池项目。 11月11日,江西公司与广西壮族自治区忻城县人民政府签订县域新能源战略合作协议,合力打造风光储一体化项目,规划建设规模40万千瓦,预计总投资约40亿元。 10月28日,由宁德时代投资建设的宜春时代新型锂离子电池生产制造基地项目在宜春经开区正式奠基。该项目一期投资135亿元建设50GWh新型锂电池生产制造基地,项目建成后将助力宜春构建“锂资源-锂电材料-动力电池-电动车”新能源全绿色产业发展体系,打造绿色“亚洲锂都”。 8月5日,赣锋锂业在江西省新余市投建“动力电池二期年产5GWh新型电池项目”,投资额不超过30亿,计划于2023年10月竣工投产。

    12:32
  • 记者从中国铁建股份有限公司获悉,华能集团大连庄河海上风电场风机安装16日全部完成,标志着目前北方地区单体规模最大、纬度最高的海上风电主体工程完工,即将并网发电。 该项目位于辽宁省庄河市石城岛东侧海域,平均水深30米,场址中心离岸距离约35公里,规划面积55.8平方公里,设计装机容量350兆瓦,由中国铁建港航局与中国电建华东院承建。 中国铁建港航局有关负责人介绍,2021年3月项目开工建设以来,施工人员克服开阔海域水文气象及地质条件复杂、温带风暴潮频发等不利因素,打通供货链各环节,实现海上流水线作业。 目前,该项目已进入并网调试阶段,整体投运后预计年发电量约9.6亿千瓦时,可满足96万户家庭年用电需求。与同等规模的火电厂相比,每年可节约标煤30万吨,减少污染物排放66万吨。

    12:24