《2020年中国锂离子电池电解液行业回顾与展望》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2021-01-06
  •  1、行业运行情况回顾

      1.1电解液出货量受电池端影响:上半年低迷,下半年复苏超预期

      按应用领域分类,锂离子电池主要分为汽车用动力电池(EV Lib)、小型类锂离子电池(Small Lib)和储能用锂离子电池(ESS Lib)三大类,其中,汽车用动力电池出货量主要受新能源汽车销量的影响,近年来各国对环保的重视驱动新能源汽车渗透率逐步提高,虽然上半年受疫情影响,汽车用动力电池出货量同比下滑45.8%,但是下半年新能源汽车产销量的单月同比大幅增长,截止到2020年11月,我国汽车用动力电池累计出货量62.5Gwh,累计同比下降幅度已经收窄到7.0%。小型类锂离子电池主要用于手机、电脑、电动工具、电动二轮车及新兴消费应用等领域,2020Q1-Q3,在5G手机、电动工具和电动两轮车用电池的带动下,我国小型类锂离子电池出货量达到39.7Gwh,同比增长16.5%;储能用锂离子电池仍处于市场导入阶段,出货量较少,但增长速度较快,在基站建设、海外储能和国内发电侧储能项目的带动下,2020Q1-Q3我国储能电池出货量为9.1GWh,已经超过去年全年水平。

      电解液属于锂电四大材料之一,是锂离子电池的血液,在保障锂离子电池的安全性、长循环等性能方面至关重要。目前,电解液已基本实现国产化,其出货量与锂离子电池出货量成正比。2020年初受疫情影响,锂电池需求低迷、开工率低,随着二季度国内疫情控制后有序复工复产,国内经济复苏超预期,锂电池需求增长带动电解液出货量回升,截止2020Q3,我国锂离子电池电解液出货量为16.1万吨,近六年年均增长速度为34.5%,其中,汽车用动力电池电解液出货量为8.2万吨,小型类锂离子电池电解液出货量为6.3万吨,储能用锂离子电池电解液出货量为1.6万吨。

      1.2供需阶段性错配,带动电解液产业链价格回升

      下游需求跃增叠加新增产能不足,电解液产业链整体供需偏紧,带动电解液及原材料价格上涨。电解液上游原材料主要包括电解质、有机溶剂、添加剂等,目前最主要的电解质为六氟磷酸锂,在电解液成本中占比在40%左右,其价格变动对电解液价格的影响较大,自2016年价格达到历史高位之后,市场整体延续供过于求的格局,2020年上半年均价处于历史低位,2020年下半年受下游需求突发增长和新增供给有限的影响,Q4均价回升至9.97万元/吨,同比增长3.85%,环比增长17.69%;电解液最主要的溶剂为DMC(碳酸二甲酯),在电解液成本中占比约为18%,受环保等因素影响,2019 年以来其均价走势总体向上,2020Q4均价为1.52万元/吨,同比增长134.15%,环比增长70.8%;电解液均价主要取决于上游原材料价格及行业竞争格局,在2016年达到顶峰,随后呈下降趋势,2020年Q3开始,电解液价格在原料供应紧张和涨价的带动下也呈现出上涨的趋势,但是受制于下游动力电池客户的压力,其涨价幅度明显较小,电解液企业的毛利受到一定的影响。

      1.3行业竞争格局稳定,市场集中度较高

      电解液的核心壁垒是保供能力,头部企业凭借规模、成本、研发能力等优势,市场份额持续增长,行业集中度进一步提升,2017年-2020Q3前四名企业合计市占率分别为56.4%、62.4%、60.6%和69.1%。2020Q3前十名企业合计市占率超过90%,龙头企业不同产品分配较均衡,市场格局基本稳定,其中天赐材料凭借其产业链布局完善、成本控制能力强、定制化能力突出及客户壁垒较高等优势,龙头地位稳固;新宙邦、国泰华容、杉杉等第一梯队企业增量明显;比亚迪、法恩莱特、珠海赛纬和金光高科等第二梯队企业市场份额也在逐步提升。具体来看,天赐材料稳居第一,市场份额达到 28.8%;新宙邦排名第二,市场份额为 17.5%;国泰华荣排名第三,市场份额为 13.8%;东莞杉杉排名第四,市场份额为9.1%。

      2、行业发展走势展望

      未来五年,锂离子电池电解液行业仍面临着经济复苏缓慢、产能过剩、技术瓶颈、替代材料发展等现实问题,但随着全球疫情形势逐步稳定,下游锂离子电池需求端增长趋势明显,供给端主要原材料新增产能投产较慢,供需错配驱动短期内电解液产业链价格水平回升企稳,电解液行业有望实现稳中趋升,行业内龙头企业地位进一步稳固,呈现出强者恒强的态势,固态电池、燃料电池等新兴技术尚未实现商业化应用,中短期内对电解液产业格局冲击较小。

      2.1预计到2025年,我国锂电池出货量将达到578.28GWh,电解液出货量将达到86.5万吨

      在汽车用动力电池领域,随着新能源汽车渗透率逐步提升,预计到2025年,我国动力电池出货量可达422.28GWh;在小型类锂离子电池领域,可穿戴设备、无人机、小动力等新兴消费领域将带动小型类锂离子电池出货量增长,预计到2025年,我国小型类锂离子电池出货量为96.0GWh;在储能用锂离子电池领域,随着电力体制改革推进、储能成本降低以及锂电替代铅酸进程加速,预计到2025年,我国储能电池出货量可达60.0GWh。

      随着下游新能源汽车动力电池需求增长、新兴消费领域快速扩张以及“十四五”期间储能产业爆发,锂电需求旺盛,带动我国电解液出货量在未来保持高速增长。预计到 2025年,我国电解液总体出货量可达到 86.5 万吨,年均增长速度约为31.7%,我国电解液总体市场规模将达到 197.8 亿元,年均增长速度约为18.6%。

      2.2电解液产业链迎来涨价契机,2021年后价格逐步回调

      全球锂离子电池需求端的增长非常确定,且大概率超预期,从而将使得整个电解液产业链需求持续保持旺盛。从原料供给端来看,六氟磷酸锂由于规模效应明显、技术壁垒较高且扩产周期较长,新增产能无法短时间内实现投产,再加上部分小厂在亏损情况下关停产线,供需缺口短期难以弥补,从而带动价格上涨,预计2021年六氟磷酸锂均价将继续维持高位运行,行业盈利水平有所修复;随着市场价格上涨,之前关停的产线开始重新恢复启动,已公布扩产计划的企业将加速推进落地,到2022年,新一批扩产产能逐步释放,基本实现供需平衡,六氟磷酸锂均价将逐步回调,预计2022年后价格步入下行通道。

      受环保要求、新工艺进展缓慢及技术壁垒较高等因素影响,国内DMC新建产能投产持续低于预期,供需缺口较大,短时间内供给状况恐难以改善,且DMC等为代表的包括EC、EMC和DEC等在内的电解液溶剂企业高度垄断,短期内价格难以下降,预计2021年电池级DMC均价也仍将保持高位。电解液由于并非重资产环节,且建设周期较快,其价格主要受上游原材料价格变动的影响,但是电解液环节下游客户主要为宁德时代、松下、三星和LG等大型客户,其涨价的难度较大,所以电解液环节将被迫内部消耗原材料上涨成本,毛利预计将会受到一定影响。

      2.3行业马太效应显著,新型电池技术冲击短期有限

      未来电解液行业将会延续头部企业强者恒强、中小企业生存困难的竞争格局。一方面,电解液龙头企业通过对下游锂电池核心企业的深度绑定,将有望进一步稳固其行业地位;另一方面,电解液头部企业逐步向上游原材料产业延伸,其保供能力得到进一步加强,成本将进一步下降,带动头部企业市场份额持续增长。纵向一体的成本优势、先进添加剂与配方合成能力及规模匹配能力将共同保障头部企业远期份额的持续向上,天赐材料、国泰华荣、新宙邦等企业仍将稳居第一梯队,前十企业合计市占率将稳定在90%左右,尾部企业在产品研发和成本控制上竞争力越来越弱,整个电解液行业马太效应将更加显著。

      近年来,固态电池、燃料电池等新兴技术得到长足进步,但实现大规模量产和商用仍需较长的时间,中短期内对现有电解液行业冲击有限。在固态电池领域,虽然相比现阶段液态体系锂电池,全固态电池的能量密度和安全性能大幅提升,但仍存在成本高、关键技术尚未突破等短板,中短期内纯固态电解质完全替代电解液可能性不大;在新型锂盐领域,包括LiFSI等在内的新型锂盐研发推进将进一步加快,另外大量的新型添加剂也会逐步应用到电解液中,与现有大量使用的VC、FEC和PS等添加剂共同来改善锂离子电池的高低温性能、阻燃性能、循环性能等。

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    • 摘要:2020年,受新冠肺炎疫情的影响,全球经济倒退,然而我国光伏行业逆流而上,取得了令人瞩目的成就,保持并延续了多项世界第一。应用市场实现恢复性增长,2020年我国光伏新增装机48.2GW,连续8年位居全球首位;累计装机量达到253GW,连续6年位居全球首位;产业规模持续扩大,制造端四个主要环节实现两位数增长,多晶硅产量39.2万吨,连续10年位居全球首位;光伏组件产量124.6GW,连续14年位居全球首位;出口市场稳中有升,光伏产品出口额197.5亿美元,同比下降5%,但组件出口量则达到78.8GW,创历史新高,同比增长18.3%。       一、2020年发展形势   (一)应用市场恢复性增长   2020年,我国光伏新增和累计装机容量继续保持了全球第一,国内光伏新增装机规模达48.2GW,创历史第二新高,同比增长60%,特别是集中式电站同比增长了近83%;截至2020年底,光伏累计并网装机量达253GW,同比增长23.5%;全年光伏发电量2605亿千瓦时,同比增长16.2%,占我国全年总发电量的3.5%,同比提高0.4个百分点。   从各季度光伏装机并网情况来看,仅一季度受国内疫情爆发影响同比下降以外,其他季度新增装机均超过2019年同期,尤其四季度在供应链价格上涨的情况下新增装机达到29.4GW,接近2019年全年装机规模。户用光伏成为2020年国内市场一大亮点,全年户用光伏新增装机达到10.1GW,与“十三五”前四年的累计相当,11月单月户用装机达到了3.5GW的历史峰值。   (二)产业规模持续扩大   尽管受到年初的疫情冲击、7-8月多晶硅料企业安全事故及新疆地区疫情导致的硅料供应紧张、以及7月开始由于光伏玻璃、EVA胶膜等供应紧张导致的原辅材料价格上涨等黑天鹅事件,我国光伏产业在国内外市场的推动下,规模持续扩大。其中,多晶硅产量39.2万吨,同比增长14.6%;硅片产量161.3GW,同比增长19.7%;电池片产量134.8GW,同比增长22.2%;组件产量124.6GW,同比增长26.4%。     (三)光伏产品出口稳中有增   2020年,我国光伏产品出口总额约197.5亿美元,同比下降5%。其中硅片出口额17.7亿美元,出口量约27GW;电池片出口额约9.9亿美元,出口量约9GW,硅片和电池片出口量与去年同期相比略有下降。组件出口额为169.9亿美元,出口量约78.8GW,同比增长18%。随着海外疫情的爆发,对海外光伏市场需求的预期下降,导致二季度光伏产品价格大幅下降,这是光伏产品出口额下降的主要原因。同时,海外工厂产能利用率下降导致硅片、电池片的出口量下降,但全球以光伏为代表的可再生能源市场发展并未受到疫情较大影响,继续拉动组件出口量的上升。多晶硅进口方面,随着国内多晶硅供应大幅提升,以及海外多晶硅产能的逐步退出,2020年,我国太阳能级多晶硅进口量约为9.9万吨,同比下降29.6%,进口额约为9亿美元。   从光伏组件出口市场来看,2020年光伏组件主要出口市场中传统市场活力不减,其中荷兰和越南市场份额增长明显。在光伏发电成本持续降低以及欧盟绿色协议的背景下,欧洲市场保持增长势头,荷兰作为欧洲市场的集散中心出口量持续增长。越南新一轮FIT政策引发了越南屋顶光伏的抢装热潮,根据越南工贸部的公告显示,2020年越南光伏新增装机为10.75GW,成为全球前3大光伏市场,其中屋顶光伏装机超过9GW。越南市场新增装机猛增,对我国组件需求明显增长,成为第二大光伏组件出口市场。印度市场受疫情影响,市场需求下降较为明显。曾经的新兴市场乌克兰因其国内电价的下降致使光伏项目的收益有所降低,投资热情减退,市场需求下降。墨西哥市场受到清洁能源拍卖的取消以及后续政策不确定性的影响未能延续之前的增长势头,市场需求有所下降。   (四)技术创新活跃   产业化技术方面,多晶硅生产综合电耗已降至66.5kWh/kg-Si,单炉致密料占比提升为70%-80%;硅片方面,单晶炉单炉投料量提升至1900kg,较2019年的1300kg有大幅提升;158.75mm和166mm尺寸占比合计达到77.8%,182mm、210mm大尺寸硅片正在逐步进入市场;晶硅电池方面,规模化生产的P型单晶电池均采用PERC技术,平均转换效率达到22.8%,较2019年提高0.5个百分点,先进企业转换效率已达到23%;组件方面,166mm、72片单晶PERC组件主流功率为450W。   实验室方面,2020年4月,晶科研发的多晶硅(Multicrystalline)电池片实验室效率达到23.3%,并被收录于NREL电池片转换效率纪录表中,随后阿特斯宣布将该效率提高至23.81%。7月,晶科宣布其研发的N型单晶硅单结电池片效率达到24.79%,2021年1月,将该纪录再次刷新到24.90%,创造了新的大面积N型单晶钝化接触电池片效率世界纪录。我国除了在晶硅电池技术方面领先全球外,钙钛矿、有机电池等电池片实验室效率也走在世界前列,2020年7月,杭州纤纳光电以18.04%的钙钛矿小组件光电转换效率的成绩,第七次蝉联了钙钛矿小组件世界纪录榜首。目前NREL电池片转换效率纪录表中,除晶科的多晶硅电池片外,上海交大/北航、中国科学院化学所和汉能分别研发的有机电池、有机叠层电池和薄膜电池仍保持着世界纪录。   (五)光伏发电电价与成本持续下降   2020年,全球光伏发电中标电价继续下降,仅一年中全球就有三个项目接连创造了最低中标电价。8月,位于葡萄牙一光伏项目中标电价达到了0.0112欧元/kWh(约1.32美分/kWh),折合当时人民币价格约0.091元/kWh。这一电价比2019年最低中标电价降低了0.324美分/kWh,降幅达到19.7%。2020年,我国光伏发电项目中标电价也刷新最低纪录,青海海南州一光伏发电竞价项目中标电价为0.2427元/kWh(约3.46美分/kWh),低于2019年达拉特旗光伏项目0.26元/kWh的电价。除此之外,卡塔尔、阿联酋、印度等国光伏中标电价也打破了原来的最低纪录。光伏发电价格已经在全球越来越多的国家及地区低于火电,成为了最具竞争力的电力产品。   2020年,我国光伏组件及系统价格继续降低,组件全年平均价格约为1.57元/W,较2019年下降10.3%;系统全年平均价格约3.99元/W,较2019年下降12.3%。2020年三季度以来,多晶硅料、光伏玻璃、EVA胶膜等供应紧张导致原辅材料价格上涨,随之组件价格反弹,全年组件价格降幅不及预期,组件在整个系统成本中占比较2019年提升了0.8个百分点。非技术成本方面,2020年我国地面光伏系统初始全投资中,非技术成本占比较2019年降低了0.3个百分点。但土地费用在初始全投资中的占比不降反升,提高了1个百分点,用地贵仍是降本路上的一大难题。        二、2020年发展特点   (一)全社会关注度暴涨   中央层面。2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出了“碳达峰、碳中和”目标,此后多次在重大国际场合就“碳达峰、碳中和”目标发表过重要讲话。2020年10月31日,《求是》发表习近平总书记重要文章《国家中长期经济社会发展战略若干重大问题》,文中明确表示,要拉长长板,尤其可以通过新能源等领域的全产业链优势来拉紧国际产业链对我国的依存关系,充分肯定了我国光伏产业在国际上的领先地位。金融市场方面。自“碳达峰、碳中和”目标提出以来,金融市场对光伏板块的关注度开始快速上升。光伏相关的基金陆续上市发行;政策性银行、商业银行等纷纷表态要向风电和光伏等可再生能源行业倾斜;国家绿色发展基金重点关注光伏领域。新闻媒体方面。2020年,新闻联播、焦点访谈、财经对话、人民日报、新华社等主流媒体对光伏产业做了诸多报道。《新闻联播》报道了国内首家智慧能源小镇,聚焦光伏屋顶、BIPV;新华社就中国最大的光伏发电基地进行了报道;光伏3次亮相于2021年春晚舞台。   (二)产业集中度进一步提升   2020年,国内光伏制造企业尤其是龙头企业的扩产步伐加快,且扩产单体规模增大,随着这些新建产能的释放以及单晶产品、大尺寸产品的快速迭代,无技术、资金优势的中小企业逐渐退出市场,产业集中度进一步提升。多晶硅、硅片、电池片、组件四个环节,产量排名前五企业在国内总产量中的占比分别为87.5%、88.1%、53.2%和53.2%,同比均提升十个百分点以上。且头部企业产量规模也大幅提升,多晶硅环节产量超过5万吨的企业有4家;硅片环节前五家企业产量均超过10GW;电池片、组件环节产量超过10GW的企业分别为4家和3家,“大者恒大”的趋势愈加显著。   (三)融资环境改善   据国金证券和CPIA的不完全统计,2019年光伏行业完成了10项融资,对应融资规模180亿,2020年完成了33项融资,同比增加230%,对应融资规模682亿,同比增加279%。其中占比较大的定增募资有18项,对应募资规模421亿。其次是7项可转债融资,对应募资规模122亿。以上规模均远超2019年同期水平。募资主要用于企业扩产,且以电池、组件为主,辅材中以玻璃环节为主。但值得注意的是较为紧缺的硅料环节在2020年没有募资,这是否会影响到后续硅料环节的供应我们会持续跟踪。除此之外,科创板、创业板注册制与核准制相比,降低了入市标准,缩短企业IPO时间。全年累计完成上市的企业共计14家,其中辅材辅料上市企业数量明显增多,这充分说明我国光伏行业的综合实力正在逐渐增强。2020年12月初A股市场第一只光伏ETF基金顺利发行,覆盖产业链上、中、下游的多个细分领域,紧接着天弘中证光伏产业指数型投资基金于2020年12月15日获得中国证监会准予注册的批复,现已正式发行上市。       (四)产业链供给矛盾突出   2020年,光伏产品价格经历了V字型起伏的过程,光伏产业硅料、玻璃和EVA胶膜等部分原辅材料环节出现的供需紧张也前所未有。上半年,受全球疫情蔓延影响,对下游应用市场未来需求的不确定性导致产业链大幅降价,各环节价格降幅均在20%左右。硅料环节,三季度受到事故及自然灾害等因素影响供应紧张,8月多晶硅致密料价格由6月的59元/公斤增加至约95元/公斤,涨幅约为60%;四季度随着新疆地区硅料企业复工,多晶硅价格回落,但仍高于二季度价格低点38%。EVA胶膜的生产设备及原材料EVA粒子可用于防疫物资生产,2020年防疫物资需求暴涨,使得生产设备及EVA粒子供应紧张,胶膜企业扩产受阻延迟,在下半年需求暴涨的情况下,EVA胶膜企业只能通过大幅涨价的方式来获取EVA粒子资源。下半年EVA胶膜价格上涨了50%,一度达到14元/平方米的高价,和POE胶膜的价格形成了倒挂。下半年需求的集中爆发导致光伏玻璃供给出现巨大缺口,价格快速上涨,年底3.2mm光伏玻璃价格达到了43元/平方米,较5-6月最低时上涨80%,部分企业采用浮法玻璃作为双面组件的背板玻璃。进入12月,产品价格趋于平缓。但全年来看,除多晶硅价格上涨13.7%以外,硅片、电池、组件产品价格仍分别下降了5.7%、6.7%与10.5%,降本增效发展方向没有变,长期来看价格依然是下降趋势。   三、2021年发展展望   (一)光伏将占据可再生能源增量市场半壁江山   据IEA统计数据显示,2020年全球电力需求下降2%,然而在全球电力供应中,可再生能源发电量提升7%,光伏发电量提升20%。随着全球经济的复苏,预计2021年全球电力需求将增加3%(约700TWh),可再生能源装机预计比2020年提升10%,而光伏新增装机将占据新能源新增装机半壁江山,约为54%。目前,越来越多的国家和地区采取一定的措施来应对全球气候变化,共同推动疫情后世界经济“绿色复苏”。除中国以外,日本、韩国等许多国家和经济体也陆续提出了各自实现“碳中和”的目标,欧盟成员国同意将2030年温室气体减排目标提高至55%,可持续性的政策支持以及电价不断下降带来的竞争力,使可再生能源的发展上升至空前的战略高度,全球光伏市场增速将加快。中国光伏行业协会预计2021年全球光伏市场规模仍将加速扩大,总装机量将达到150-170GW,创历史新高。BNEF、IHS等机构均预测2021年全球光伏装机规模将超过150GW。   (二)我国光伏市场将进入快速发展新阶段   2021年是“十四五”规划的开局之年,也是我国光伏发电进入平价上网的关键之年。2021年我国光伏应用市场将继续保持快速增长势头,预计新增装机规模可达55-65GW,其中竞价结转项目10GW左右,户用市场有望达到15GW,工商业分布式预计在10GW左右,外送及平价地面电站在20-30GW左右。在“碳达峰、碳中和”目标下, “十四五”期间我国光伏市场将迎来市场化建设高峰,预计国内年均光伏装机新增规模在70-90GW,有望进一步加速我国能源转型。       (三)大尺寸、高功率产品将快速放量   大尺寸化是降本增效的重要途径,可以有效提升组件效率,降低制造及发电成本。随着市场对大尺寸、高功率产品的接受和认可,叠加老旧产线的技术改造、新产线产能的释放以及大宽幅光伏玻璃、背板、胶膜产能的加速配套,大尺寸、高功率产品将在2021年进入快速放量的阶段。预计2021年182mm和210mm尺寸的硅片占比将达到50%左右,以500W+和600W+为代表的高功率组件产品也将会快速导入市场,助推光伏市场进入平价时代。而158.75mm尺寸的占比则将被压缩到5%左右,156.75mm尺寸硅片将会成为历史。       (四)供应链的把控能力将成为企业竞争制胜的关键   2020年下半年,在经历过硅料、玻璃、EVA胶膜的紧缺、涨价潮后,企业更加重视供应链的管理工作,对供应链的把控能力将直接决定企业的产出和营收,也将成为企业竞争制胜的关键。龙头企业纷纷布局,采用多晶硅料和硅片、硅片和电池片、组件和光伏玻璃等上下游企业锁定长单的方式或采取垂直整合等方式,加强供应链的把控能力。据不完全统计,仅2020年四季度至2021年2月,光伏产业链上下游各企业签订的长单数量多达30余个,金额涉及超过1600亿元。以目前长单签订情况来看,2021年80%以上的硅料产能已被下游企业预订,多家硅料企业产能被全部预定,硅料供应呈现紧平衡态势;210mm、182mm等大尺寸硅片长单不断,炙手可热;适配大尺寸的光伏玻璃新产线投产在即,组件企业正积极签署长期战略合作协议,锁定产能的同时,能够更好的进行上下游产品双向对应及协调,增强玻璃与组件适配性。       (五)光伏将助力多个领域清洁低碳发展   《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》综合报告指出,当前工业部门的能源消费占全国总终端能耗的65%,是最主要的能源消费和二氧化碳排放部门。建筑、交通行业能耗占全国总终端能耗约20%和10%。目前,相关部门纷纷行动,针对碳达峰、碳中和给出了指导性意见。在电力方面,国家发改委表示要大力调整能源结构,推进能源体系清洁低碳发展,加快光伏和风电发展,加快构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统,完善清洁能源消纳长效机制。在交通领域,交通运输部表示要打造融合高效的智慧交通基础设施。鼓励在服务区、边坡等公路沿线合理布局光伏发电设施,与市电等并网供电。制定高速公路路侧光伏工程技术规范。在建筑领域,住建部发布《太阳能发电工程项目规范(征求意见稿)》,面向社会广泛公开征求意见。光伏在建筑方面的多样化应用有望逐步落地,并开始进入规范化、标准化发展阶段。在工业领域,工信部表示要制定重点行业碳达峰行动方案和路线图,鼓励工业企业、园区建设绿色微电网,优先利用可再生能源,在各行业各地区建设绿色工厂和绿色工业园区。
  • 《锂离子电池:储能电池中的明珠》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-10-30
    • 日前,瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予对锂离子电池发展作出突出贡献的3位科学家。其中,惠廷厄姆采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成世界上第一块锂离子电池。古迪纳夫经过反复实验与验证,发现钴酸锂比硫化钛更适合储存锂离子,进而显著提高电池的电压平台。吉野彰在此基础上,采用锂离子代替纯锂,提升了电池的使用安全性,从而使锂离子电池具备实际应用条件。 之所以被称为锂离子电池,是因为无论在电池正负极还是在电解质中,锂都是以离子形式存在。与其他储能电池相比,其突出优点在于单位体积的储存能量高,没有记忆效应,充电前不必顾及电池的用电深度,同时,能量转换率高、自放电率低、使用寿命长等。随着日本索尼公司生产的锂离子电池于1991年投入市场,锂离子电池迅速实现大范围应用,是目前便携式电子设备、新能源汽车、智能电网等的主流储能形式。 由于特有的技术优势,锂离子电池目前广泛应用于军事领域,成为军事作战中不可或缺的能量来源。 军事基地储能。高原、边防、海岛部队距后方基地远,能源补给线长,开发利用风能、太阳能等可再生能源成为必然趋势。采用锂离子电池储能,不仅可解决可再生能源发电间歇性和稳定性差等问题,还具备削峰填谷等功能,是解决偏远军事基地能源保障的关键技术。但目前锂离子电池在大规模储能应用方面存在安全性较差的问题,遭到火力打击时,容易冒烟、起火,甚至引起爆炸。 野战供电。采用锂离子电池的方舱式储能系统没有柴油发电机噪声大、红外特征明显等问题,显著增强了电能保障的隐蔽性和生存能力。但针对野战供电环境,锂离子电池存在低温性能差等问题,如在-40℃条件下,电池的充放电容量不足室温条件下的一半。 高能武器电源。电磁炮、激光、高功率微波等新型高能武器装备运用越来越广泛,定向能武器输出功率越来越大。锂离子电池以优异的倍率充放电能力可用于高能武器的电源。不过,随着高能武器小型化的发展趋势,现有锂离子电池的体积功率密度仍需进一步提高,以满足车载和机载武器小型化、轻量化要求。 无人装备动力源。目前主流的小型和微型无人装备均采用锂离子电池作为其主要电源。但以锂离子电池为动力源的无人机,续航时间通常在半小时左右,是制约军用无人装备实战化应用的最大问题。 单兵电源。随着单兵装备信息化、可视化以及智能化趋势加快,对电能的需求急速增加。锂离子电池是目前各国单兵装备的主力电源。不过,随着单兵和班组作战信息化程度不断提高,士兵在执行任务过程中,不得不携带更多电池。目前高能量密度的电源是制约未来士兵连续作战的瓶颈技术。 因此,未来锂离子电池的研究将集中在以下几个方向。 一是高能量密度。随着能量密度不断提高,相同体积或重量条件下电池所蕴含的能量更大,可全面提升无人机、水下潜航器、单兵装备等的续航时间与续航里程。二是高安全性。通过采用固态电解质代替传统可燃有机电解液,锂离子电池具有更高安全性,在遭受炮火打击后不会引起二次爆炸,满足大型军事基地、储能方舱等对大容量、高安全储能的需求。三是高环境适应性。提升低温条件下锂离子在电极材料中的扩散能力以及电解液的电导率,使电池能够在严寒条件下正常充放电,从而有效增强野战电站和武器装备等的全域作战能力。四是高功率密度。通过开展相关研究,使锂离子电池的快速充放电性能不断提高,从而满足新型武器能量瞬时释放的脉冲功率需求。 能源是现代战争的物质基础和动力源泉,从大型军事基地到单兵班组,从空天飞行器到水下装备,锂离子电池发挥着非常重要的作用。随着关键技术的不断突破,锂离子电池在军事领域将有更广泛的应用前景。