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《2020年锂离子二次电池将突破3335亿元！》

  • 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：2020-03-19

  • 富士经济预测，锂离子二次电池世界市场在2020年将突破5兆日元(约合人民币3335亿5千万)，2023年将达到8兆8239亿日元(约合人民币5869亿6千万)，其中xEV(电动车/混合动力电池)将达到6兆2641亿日元(约合人民币4202亿1千万)。

    小型民生用电池市场方面：电子产品的锂电池趋于饱和，但是穿戴设备、蓝牙耳机等需求仍在增加。充电式电动工具在中国的生产比例上升，中国电池厂商将采用中小容量锂电池。此外中国的E-bike采用新标准，车体应低于55kg，更轻的锂离子二次电池市场有望扩大。

    xEV用电池市场方面：由于环保限制和鼓励政策推行，电动汽车和混合动力汽车的市场将扩大。但是中国2020年的新能源车补贴金额相较2019年大幅度缩水，市场增长不明朗，而且中国补贴政策保护本国企业，停止补贴后日韩动力电池制造商将在中国市场发力。欧洲由于实行严格的二氧化碳排放标准，电动汽车和混合动力汽车需求会增加。

    ESS(电力储能系统)/UPS(无间断电源)/BTS(移动电话用基站)用电池方面：ESS会随着世界再生能源发电系统的建设需求不断增加。韩国表示在2020年之前将可再生能源电力比重提高到20%，欧洲和北美的需求也会扩大。此外，美国的加利福尼亚州规定2020年后新建住宅强制安装太阳能发电系统，ESS需求也会增加。UPS/BTS用电池会从铅蓄电池向锂离子电池转化，特别是随着5G系统的建设，BTS的需求会不断增加。

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  • 《总结 | 2020年电池领域的十大科技突破》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2021-01-13
    • 锂离子电池的发展是现代世界发展进步的推进器，人们对如何提高电池性能保持着高度关注，科研人员正在不断探索各种途径来优化电池的性能。无论是制造世界上最快的电极，用核废料制造电池部件，还是借助声波防止火 灾危险，在2020年，科学家向我们展示了开发下一代储能技术方面他们是多么富有想象力。 科研人员探究了很多改进电极性能的方法，比如，添加少量的石墨烯使电解质变得更加硬固、先进的材料是如何实现电池快速充电或提供更高的能量密度。。外媒Newatlas网站评选出电池领域的十大科技突破，下面和锂电前沿小编一同看看这些研究的亮点以及一些颠覆性、跳脱于常规思维定式的电池设计？ 今当电池计及化学行业发展是受高度关注的科研领域，在2020年间科研人员提供了许多改进设备的方法，且这些设备将会在未来的几年内得到改进。 锂金属材料的开发和应用 通过引入新材料来提升电池性能有很多的选择，其中一种选择是具有巨大的开发潜力锂金属。有人把锂金属描述为一种“梦幻材料”，用锂金属作为阳极来代替目前使用的石墨和铜，可以显著提高电池的能量密度，使电池能够工作更长的时间以及储存更多的能量。 但使用锂金属最大的问题是安全性。当电池充电时，锂金属表面会形成树突状锂枝晶，进而导致电池短路、起 火，最终导致设备故障。在2020年有一些解决这个问题的新方法，其中一个是华盛顿州立大学教授Min-Kyu Son，他们防止锂枝晶形成的方法是在阴极和电解质溶液中加入某种化学物质，在锂金属阳极表面形成保护层，使其在500次的充放电循环中保持稳定。值得一提的是，这个过程可以集成到现有的制造程序中，以便于大规模生产制造。 无枝晶的固态电池 12月，加州电池制造商QuantumScape公布了用于电动汽车的固态锂金属电池的一些性能数据。数据显示：一辆平板电动车能在短短15分钟内就可以充电到80%。该公司声称可以做到部分原因是：使用了固体电解质而非液体电解质，以及由锂金属制成的阳极在充电时，这种阳极会自身形成隔离物，有效避免了枝晶问题。 这种电池具有出色的能量密度，大约是特斯拉3型锂电池的四倍，容量为1千瓦时/升。在重量方面，这款电池还提供了380至500瓦时/公斤的电量，超过了特斯拉电池组的260瓦时/公斤。研究还发现，这种电池在经过800次循环后仍能保持80%的容量，在电池寿命和安全性方面同比其他电池更为优越。 声波方面的探究 今年2月，加州大学圣地亚哥分校的一组研究人员探索出了一种颇具想象力的方法来防止锂金属电池中的枝晶生长。该研究小组制造了一个微型超声波装置，并将其整合到锂金属电池中，使其能够通过液体电解质发送高频声波，使其流动平缓，这将有助于在阳极上形成整齐、均匀的锂分布，而不是形成导致枝晶生长的不均匀团块。在测试中，这种配备了超声波的电池可以在10分钟内从0%充电到100%，并在250次充电循环中保持稳定，再次预示着锂金属电池的安全性提高。 一种快充电池 德州农工大学的科学家展示了一种装置，这种装置采用了由碳纳米管制成的微小支架作为阳极，这是科学家们就如何实现锂金属电池的又一个例子。这些分子与锂离子结合在一起，有助于避免在表面形成树突。 虽然这种设计在安全性方面与传统设计相差无几，但这种电池结构也被证明了这种电池能够产生更大的电流。事实上，它的体积要比传统电池大得多，以至于研究小组报告说，这个装置能处理的电流是传统电池的五倍，这就提供了一种电池能短时间充满电的研究方向。 添加硅元素 虽然锂金属作为一种阳极材料具有很大的潜力，但其他金属也具有可开发的前景。硅就是其中之一，它的锂离子储存能力是当今石墨和铜的四倍，但容量往往会迅速下降。 在六月份，韩国科学技术研究所的科学家们使用了一种称为锂预加载的技术来提高电池的寿命，这包括将硅阳极浸入一种特殊的溶液中，使电子和锂离子渗入电极，以弥补循环过程中的损失。 大多数硅基负极在最初的充电循环中锂离子流失超过20%，而这种新阳极在测试过程中流失不到1%。它的能量密度也比市面上的同类产品高出25%。 微波和盐的开发和应用 另一种具有巨大潜力的电池化学物质是钠离子，但原因截然不同。锂金属比较稀有，开采锂成本高昂，而且对环境有害。而世界上盐的来源广泛，可以有机会转化成成本更低的电池，应用于电网等。在四月份，电池的一个重要部件被发现可以同样从丰富的材料中获得。 Purdue大学的科学家们能够从可回收的PET塑料还原成薄片，然后用超快微波辐射处理，使其变成一种被称为对苯二甲酸二钠的物质，这种有机小分子有着优异的电化学性能，长期以来一直被认为是一种潜在的阳极材料，研究小组称它是钠离子电池组件的一部分。 首席研究员维拉斯•波尔说：“源于社会对气候变化和能源资源限制的关注和日益增强的意识，我们正在解决可再生能源转换和储存激增的问题。” 来自海洋的灵感 为可再生能源提供电网规模存储解决方案的另一种替代电池设计是氧化还原液流电池。这些装置不是将能量储存在电池内部，而是将能量储存在巨大的外部槽中的液体电解质中，这意味着通过增大槽的尺寸可以增加储存潜力。 今年6月，麻省理工学院的一个研究小组演示了如何用更可持续的材料制造这些电池的关键构件。几丁质是一种类似纤维素的多糖，存在于虾壳中，研究人员能够将其与毛毡结合使用，为具有更高能量密度的氧化还原液流电池制造电极。 这项研究的资深作者弗朗西斯科•马丁•马丁内斯说：“它的好处不仅在于其良好的性能，而且在于起始材料的低成本，并且考虑了废物的再利用，这使得电极更具有可持续性价值。” 充分利用地心引力 大规模储存可再生能源的另一个解决办法可能在于重力的利用。苏格兰公司Gravitricity正在开发一种新型的储能系统，它由巨大的砝码、强大的绞盘和缆绳组成。能量来自于重物从一根转动绞车并发电的轴上落下。 在短短的15分钟内制造出的能量，可持续输出功率长达8小时，峰值输出之间的1至20兆瓦。这将是一个低成本、可持续的能源解决方案，该公司正在加紧建设一个原型系统，这将在2021年底于爱丁堡完成测试。 利用石墨烯增加硬度 在六月份，另一种固态电池的研发受到高度关注。一般来说，将液体电解质换成固体电解质，以获得更高的能量密度，但这通常就会导致电池的破裂和被腐蚀。 布朗大学的一个研究小组通过研究石墨烯材料来寻求解决此问题的方案，他们将少量石墨烯添加到陶瓷材料中，形成一种新型固体电解质，他们声称这种电解质是迄今为止最坚硬的。这项研究的新奇之处在于石墨烯具有很高的导电性，这对于电解质来说并不是一个好的性能指标，但是他们将石墨烯的浓度保持在足够低的水平，找到了一个阻止石墨烯导电的最佳点，并且仍然能够提供很高的硬度。 世界上最快的电极 所有的电池都有一对电极，即阴极和阳极，电流通过它们流动，而这些通常都是杂乱无章的结构，离子需要携带电荷在复杂的环境下运动。超级电容器制造商Nawa在10月份推出了自己的电极设计，提供了一种更为快捷的离子传输通道。 这种电极由一个垂直排列的结构组成，类似于梳子的结构，1000亿个高导电性的碳纳米管竖立在螺栓上，并涂上活性材料，如锂离子。这等于为移动的离子创造了一条高速公路，使它们能够以更方便的方式进出电池。 实际上，该公司表示，它的电极可以将电池的充放电效率提高10倍，可实现在5分钟内实现0-80%的充电。与此同时，能量密度可能会跃升两到三倍。 Nawa表示：其生产这些电极的工艺成本低廉，并有信心与现有的电极相比更具有成本竞争力。该公司预计，这项技术将于2022年开始进入市场，到2023年后能开发出更加先进的技术系统。目前，该公司正与多家汽车公司就此展开商谈，在法国已经找到了大客户Saft。
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  • 《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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