《ESG Weekly》：安全事故不斷 動力電池企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

時間:2024-03-31 07:33來源:科創(chuàng)板日報 作者:金博
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　　鋰離子電池的出現(xiàn)，可能是人類20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。
 
　　2019年10月，瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)了2019年度諾貝爾化學(xué)獎，美國德州大學(xué)奧斯汀分校的約翰Ｂ古迪納（John .B. Goodenough）教授、紐約州立大學(xué)斯坦利.惠廷漢（Ｍ.Stanley Whittingham）教授和日本化學(xué)家吉野彰（Akira Yoshino）三人獲獎，以表彰他們在研究鋰離子電池方面做出的卓越貢獻(xiàn)。
 
　　三位化學(xué)家的聯(lián)袂獲獎，說明鋰離子電池在推動人類科技進步中所做的努力，已得到國際學(xué)術(shù)界的公認(rèn)。
 
　　自1990年代鋰電池首次實現(xiàn)商品化后，因其具有的能量儲備、循環(huán)壽命長、無記憶性以及自放電率低等獨特優(yōu)勢，逐漸被應(yīng)用于人類社會生活的方方面面。
 
　　其應(yīng)用包羅萬象，舉凡移動電話、電子表手表、CD唱機、照相機、攝影機、遙控器、剔須刀、兒童玩具等各種3Ｃ類電子產(chǎn)品，大到航空航天飛行器，醫(yī)院、賓館等各種場合的應(yīng)急電源，電動工具，都離不開鋰電池。
 
　　2004年，美國發(fā)射了兩顆火星探測漫游者“勇氣號”和“機遇號”，其中“勇氣號”探測器工作了7年，“機遇號”探測器更長達(dá)15年，這都?xì)w功于太陽能電池板和鋰離子電池提供的足夠能量。
 
　　近十年來，鋰電池更被廣泛應(yīng)用在以特斯拉等為代表的電動汽車上。在全世界都在鼓勵節(jié)能減排的雙碳背景下，電動交通領(lǐng)域（電動汽車、電動自行車、電動船舶、電動軌道）還將獲得長足發(fā)展，這將為鋰電池行業(yè)帶來更大的增長空間。
 
　　由于鋰電池在人類社會的廣泛應(yīng)用，電氣化得到普及，石油和燃?xì)獾然茉吹挠昧繙p少，鋰電池也為抑制全球氣候變暖、實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
 
　　此外，制造鋰電池所用材料的主要物質(zhì)，是鋰、碳、錳、鎳、鈷，不使用鎘、鉛、汞等，對環(huán)境負(fù)荷小。
 
　　不過，鋰電池行業(yè)的發(fā)展，也在遭遇挑戰(zhàn)。繼續(xù)用技術(shù)創(chuàng)新來推動極限，克服困難，成為科研工作者、動力電池企業(yè)們的共同宏愿。
 
　　動力電池行業(yè)發(fā)展的技術(shù)挑戰(zhàn)
 
　　在去年的中國電動汽車百人會上，中國科學(xué)院院士、廈門大學(xué)教授孫世剛發(fā)表演講，認(rèn)為現(xiàn)有鋰離子電池正面臨四個挑戰(zhàn)：
 
　　一是鋰資源嚴(yán)重限制其規(guī)模儲能應(yīng)用。目前，我國70%的鋰材料依賴進口，亟需發(fā)展新的電池材料體系；
 
　　二是鋰電池的能量密度已接近理論極限，遠(yuǎn)不能滿足電池儲能領(lǐng)域發(fā)展的需求，限制了更多物理場景的實際施用；
 
　　三是安全事故頻發(fā)，2021年我國新能源汽車起火約3000起，新能源汽車起火事故率為0.9-1.2/萬輛，也就是說，概率上每一萬輛新能源車會有一輛發(fā)生著火事件；
 
　　四是鋰電池在極端環(huán)境下適應(yīng)性尚不足，特別是在水下深海探測、升空探測等極端環(huán)境下，還需要有更高適應(yīng)性。
 
　　要解決這些挑戰(zhàn)，就需要進一步的技術(shù)創(chuàng)新。具體來看，目前的鋰電池技術(shù)還有如下問題需要面對：
 
　　能量密度限制：鋰離子電池的能量密度仍相對較低，意味著不能儲存大量能量，而提高能量密度目前仍有困難。
 
　　充放電速度：鋰離子電池的充放電速度相對較慢，這對高功率需求場景下的應(yīng)用造成了限制。
 
　　循環(huán)壽命和衰減：隨著循環(huán)次數(shù)的增加，會出現(xiàn)容量衰減和循環(huán)壽命縮短，這也影響到電池的可靠性和長期穩(wěn)定性。
 
　　安全性和熱管理：鋰離子電池在過度充電、過度放電、高溫等條件下，還存在安全隱患，特別是在一些關(guān)鍵領(lǐng)域如電動車輛和航空航天飛行器中。防止熱失控和提高電池安全性，是重要的研究課題；
 
　　成本和材料可持續(xù)性：相對而言，鋰離子電池的成本仍然較高，主因是稀有材料的使用和制造過程的復(fù)雜。此外，部分電池材料的供應(yīng)也缺乏可持續(xù)性。因此，開發(fā)更廉價、可持續(xù)的電池材料和生產(chǎn)方法，至關(guān)重要。
 
　　如上還是實驗室階段的理論課題，在實際生活中，已出現(xiàn)如下亟待解決的現(xiàn)實問題：
 
　　電池容量匹配問題：如電動車輛和能源儲存系統(tǒng)，需要將多個鋰離子電池組合在一起，以提供所需的總?cè)萘�。然而，電池之間的容量差異，可能會導(dǎo)致性能不均衡和壽命不一致。因此，需要找到電池容量匹配的更好控制和管理方法。
 
　　環(huán)境影響和可持續(xù)性問題：鋰離子電池的生產(chǎn)和處理，仍可能對環(huán)境造成影響。如電池材料的采礦和提煉、廢舊電池的回收和處理等。因此，需要找到對開發(fā)環(huán)境更友好的電池技術(shù)，及更有效的回收和循環(huán)利用方法。
 
　　大規(guī)模應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施問題：隨著鋰離子電池在電動汽車和能源儲存領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施和充電網(wǎng)絡(luò)也面臨挑戰(zhàn)。
 
　　科學(xué)研究不可能一蹴而就。長期來看，如上問題和挑戰(zhàn)，需要通過材料創(chuàng)新、電池設(shè)計優(yōu)化、新的制造工藝、以及更深入的研究和開發(fā)來解決。
 
　　中國動力電池企業(yè)的技術(shù)探索
 
　　在全球動力電池行業(yè)中，中國目前處于相對領(lǐng)先位置，國內(nèi)已出現(xiàn)一些市場份額較大的動力電池企業(yè)，如寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航、國軒高科、欣旺達(dá)、孚能科技等。其中，寧德時代在全球市場占據(jù)了第一位置。據(jù)第三方統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年，寧德時代的市場份額占到了全球的37%，國內(nèi)市場的近半。
 
　　這些企業(yè)，都推出了各有獨家技術(shù)的電池產(chǎn)品。如寧德時代的凝聚態(tài)電池，比亞迪的刀片電池，蜂巢能源的龍鱗甲電池，欣旺達(dá)的閃充電池，億偉鋰能的π電池，瑞浦蘭鈞的問頂電池，中創(chuàng)新航的頂流圓柱電池，捷威動力的海綿電池等。
 
　　總的來看，中國的動力電池產(chǎn)業(yè)已蓬勃成型。目前在科創(chuàng)板上市公司中，已出現(xiàn)寧德時代等一批領(lǐng)先企業(yè)。
 
　　為了解國內(nèi)動力電池企業(yè)在技術(shù)研發(fā)方面的狀況，《科創(chuàng)板日報》研究員從科創(chuàng)板相關(guān)上市公司中，挑出派能科技和珠海冠宇兩家企業(yè)進行案例研究，通過公司官網(wǎng)、公開發(fā)布的ESG報告等，看看其實際操作狀況。
 
　　其中派能科技位于上海，2009年成立，2020年作為“儲能第一股”在科創(chuàng)板上市，專注于鋰電池儲能產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用，提供鋰電池儲能系統(tǒng)綜合解決方案。
 
　　珠海冠宇成立于2007年，擁有珠海、重慶、嘉興三個生產(chǎn)基地，2021年10月在科創(chuàng)板上市，是頭部的消費類聚合物軟包鋰離子電池供應(yīng)商。
 
　　總的來看，這兩家上市公司都采取了一些積極舉措：
 
　　比如，在產(chǎn)品安全方面，派能科技“加強了研發(fā)過程中的電池安全機理研究，提供了針對高壓系統(tǒng)接錯線、導(dǎo)致員工意外傷害的生產(chǎn)測試系統(tǒng)”；公司“還對產(chǎn)品的安全性和可靠性問題進行評估，對產(chǎn)品進行充放電測試和拆解維修處理”；“公司產(chǎn)品通過了如IEC、CE、UL等國際標(biāo)準(zhǔn)的安全認(rèn)證。”
 
　　珠海冠宇的鋰離子電池產(chǎn)品，“在客戶的供應(yīng)商資格審核認(rèn)證測試中表現(xiàn)穩(wěn)居行業(yè)前列，在終端產(chǎn)品中更是表現(xiàn)突出，在安全性等多方面處于行業(yè)領(lǐng)先水平”； “報告期內(nèi)，浙江冠宇獲得SGS頒發(fā)的安全流程認(rèn)證證書，標(biāo)志著公司汽車動力電池BMS產(chǎn)品，達(dá)到汽車安全ASILD（最高）級別要求”。
 
　　在研發(fā)數(shù)字化方面，派能科技注重高精度 SOC 算法的迭代研發(fā)，“儲能系統(tǒng)在生命周期過程中容量不斷衰減，內(nèi)部物理化學(xué)特性也隨之改變，派能不斷優(yōu)化SOC估計模型，在 EKF 算法基礎(chǔ)上引入自適應(yīng)算法”。
 
　　此外，派能科技還在全工況溫度自適應(yīng)技術(shù)、循環(huán)壽命提升技術(shù)等領(lǐng)域，加大研發(fā)力量，提升電池循環(huán)壽命。
 
　　總的來看，針對動力電池的創(chuàng)新研發(fā)是一個系統(tǒng)工程，派能科技和珠海冠宇的工作，只是研發(fā)進展的一個節(jié)點，希望能以這一管中窺豹的方式，對認(rèn)知動力電池技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的整體狀況，起到一點助力作用。
 
　　未來已來。我們相信，隨著科技的一次次進步，鋰電池技術(shù)將更進一步造福人類。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 動力電池 電池企業(yè)
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