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《ESG Weekly》：安全事故不断 动力电池企业的技术创新与挑战

时间:2024-03-31 07:33来源:科创板日报 作者:金博
点击: 次
　　锂离子电池的出现，可能是人类20世纪最伟大的发明之一。
 
　　2019年10月，瑞典皇家科学院颁发了2019年度诺贝尔化学奖，美国德州大学奥斯汀分校的约翰Ｂ古迪纳（John .B. Goodenough）教授、纽约州立大学斯坦利.惠廷汉（Ｍ.Stanley Whittingham）教授和日本化学家吉野彰（Akira Yoshino）三人获奖，以表彰他们在研究锂离子电池方面做出的卓越贡献。
 
　　三位化学家的联袂获奖，说明锂离子电池在推动人类科技进步中所做的努力，已得到国际学术界的公认。
 
　　自1990年代锂电池首次实现商品化后，因其具有的能量储备、循环寿命长、无记忆性以及自放电率低等独特优势，逐渐被应用于人类社会生活的方方面面。
 
　　其应用包罗万象，举凡移动电话、电子表手表、CD唱机、照相机、摄影机、遥控器、剔须刀、儿童玩具等各种3Ｃ类电子产品，大到航空航天飞行器，医院、宾馆等各种场合的应急电源，电动工具，都离不开锂电池。
 
　　2004年，美国发射了两颗火星探测漫游者“勇气号”和“机遇号”，其中“勇气号”探测器工作了7年，“机遇号”探测器更长达15年，这都归功于太阳能电池板和锂离子电池提供的足够能量。
 
　　近十年来，锂电池更被广泛应用在以特斯拉等为代表的电动汽车上。在全世界都在鼓励节能减排的双碳背景下，电动交通领域（电动汽车、电动自行车、电动船舶、电动轨道）还将获得长足发展，这将为锂电池行业带来更大的增长空间。
 
　　由于锂电池在人类社会的广泛应用，电气化得到普及，石油和燃气等化石能源的用量减少，锂电池也为抑制全球气候变暖、实现社会可持续发展作出贡献。
 
　　此外，制造锂电池所用材料的主要物质，是锂、碳、锰、镍、钴，不使用镉、铅、汞等，对环境负荷小。
 
　　不过，锂电池行业的发展，也在遭遇挑战。继续用技术创新来推动极限，克服困难，成为科研工作者、动力电池企业们的共同宏愿。
 
　　动力电池行业发展的技术挑战
 
　　在去年的中国电动汽车百人会上，中国科学院院士、厦门大学教授孙世刚发表演讲，认为现有锂离子电池正面临四个挑战：
 
　　一是锂资源严重限制其规模储能应用。目前，我国70%的锂材料依赖进口，亟需发展新的电池材料体系；
 
　　二是锂电池的能量密度已接近理论极限，远不能满足电池储能领域发展的需求，限制了更多物理场景的实际施用；
 
　　三是安全事故频发，2021年我国新能源汽车起火约3000起，新能源汽车起火事故率为0.9-1.2/万辆，也就是说，概率上每一万辆新能源车会有一辆发生着火事件；
 
　　四是锂电池在极端环境下适应性尚不足，特别是在水下深海探测、升空探测等极端环境下，还需要有更高适应性。
 
　　要解决这些挑战，就需要进一步的技术创新。具体来看，目前的锂电池技术还有如下问题需要面对：
 
　　能量密度限制：锂离子电池的能量密度仍相对较低，意味着不能储存大量能量，而提高能量密度目前仍有困难。
 
　　充放电速度：锂离子电池的充放电速度相对较慢，这对高功率需求场景下的应用造成了限制。
 
　　循环寿命和衰减：随着循环次数的增加，会出现容量衰减和循环寿命缩短，这也影响到电池的可靠性和长期稳定性。
 
　　安全性和热管理：锂离子电池在过度充电、过度放电、高温等条件下，还存在安全隐患，特别是在一些关键领域如电动车辆和航空航天飞行器中。防止热失控和提高电池安全性，是重要的研究课题；
 
　　成本和材料可持续性：相对而言，锂离子电池的成本仍然较高，主因是稀有材料的使用和制造过程的复杂。此外，部分电池材料的供应也缺乏可持续性。因此，开发更廉价、可持续的电池材料和生产方法，至关重要。
 
　　如上还是实验室阶段的理论课题，在实际生活中，已出现如下亟待解决的现实问题：
 
　　电池容量匹配问题：如电动车辆和能源储存系统，需要将多个锂离子电池组合在一起，以提供所需的总容量。然而，电池之间的容量差异，可能会导致性能不均衡和寿命不一致。因此，需要找到电池容量匹配的更好控制和管理方法。
 
　　环境影响和可持续性问题：锂离子电池的生产和处理，仍可能对环境造成影响。如电池材料的采矿和提炼、废旧电池的回收和处理等。因此，需要找到对开发环境更友好的电池技术，及更有效的回收和循环利用方法。
 
　　大规模应用和基础设施问题：随着锂离子电池在电动汽车和能源储存领域的大规模应用，相应的基础设施和充电网络也面临挑战。
 
　　科学研究不可能一蹴而就。长期来看，如上问题和挑战，需要通过材料创新、电池设计优化、新的制造工艺、以及更深入的研究和开发来解决。
 
　　中国动力电池企业的技术探索
 
　　在全球动力电池行业中，中国目前处于相对领先位置，国内已出现一些市场份额较大的动力电池企业，如宁德时代、比亚迪、中创新航、国轩高科、欣旺达、孚能科技等。其中，宁德时代在全球市场占据了第一位置。据第三方统计数据，2022年，宁德时代的市场份额占到了全球的37%，国内市场的近半。
 
　　这些企业，都推出了各有独家技术的电池产品。如宁德时代的凝聚态电池，比亚迪的刀片电池，蜂巢能源的龙鳞甲电池，欣旺达的闪充电池，亿伟锂能的π电池，瑞浦兰钧的问顶电池，中创新航的顶流圆柱电池，捷威动力的海绵电池等。
 
　　总的来看，中国的动力电池产业已蓬勃成型。目前在科创板上市公司中，已出现宁德时代等一批领先企业。
 
　　为了解国内动力电池企业在技术研发方面的状况，《科创板日报》研究员从科创板相关上市公司中，挑出派能科技和珠海冠宇两家企业进行案例研究，通过公司官网、公开发布的ESG报告等，看看其实际操作状况。
 
　　其中派能科技位于上海，2009年成立，2020年作为“储能第一股”在科创板上市，专注于锂电池储能产品开发和应用，提供锂电池储能系统综合解决方案。
 
　　珠海冠宇成立于2007年，拥有珠海、重庆、嘉兴三个生产基地，2021年10月在科创板上市，是头部的消费类聚合物软包锂离子电池供应商。
 
　　总的来看，这两家上市公司都采取了一些积极举措：
 
　　比如，在产品安全方面，派能科技“加强了研发过程中的电池安全机理研究，提供了针对高压系统接错线、导致员工意外伤害的生产测试系统”；公司“还对产品的安全性和可靠性问题进行评估，对产品进行充放电测试和拆解维修处理”；“公司产品通过了如IEC、CE、UL等国际标准的安全认证。”
 
　　珠海冠宇的锂离子电池产品，“在客户的供应商资格审核认证测试中表现稳居行业前列，在终端产品中更是表现突出，在安全性等多方面处于行业领先水平”； “报告期内，浙江冠宇获得SGS颁发的安全流程认证证书，标志着公司汽车动力电池BMS产品，达到汽车安全ASILD（最高）级别要求”。
 
　　在研发数字化方面，派能科技注重高精度 SOC 算法的迭代研发，“储能系统在生命周期过程中容量不断衰减，内部物理化学特性也随之改变，派能不断优化SOC估计模型，在 EKF 算法基础上引入自适应算法”。
 
　　此外，派能科技还在全工况温度自适应技术、循环寿命提升技术等领域，加大研发力量，提升电池循环寿命。
 
　　总的来看，针对动力电池的创新研发是一个系统工程，派能科技和珠海冠宇的工作，只是研发进展的一个节点，希望能以这一管中窥豹的方式，对认知动力电池技术研发领域的整体状况，起到一点助力作用。
 
　　未来已来。我们相信，随着科技的一次次进步，锂电池技术将更进一步造福人类。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 动力电池 电池企业
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