我國科學(xué)家研發(fā)“可呼吸式”電池正極 何為“可呼吸式”

• 2023年4月29日 來源：中國科學(xué)報 1287 84
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近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員楊維慎和副研究員朱凱月團(tuán)隊提出一種新型正極設(shè)計策略，通過在氫氧化鎳正極上負(fù)載氧還原催化劑，制備出“可呼吸式”氫氧化鎳正極，顯著提高了鎳鋅電池的能量轉(zhuǎn)化效率和循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。

我國科學(xué)家研發(fā)“可呼吸式”電池正極 何為“可呼吸式”

近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員楊維慎和副研究員朱凱月團(tuán)隊提出一種新型正極設(shè)計策略，通過在氫氧化鎳正極上負(fù)載氧還原催化劑，制備出“可呼吸式”氫氧化鎳正極，顯著提高了鎳鋅電池的能量轉(zhuǎn)化效率和循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。

何為“可呼吸式”?朱凱月解釋說：“電池在充電時產(chǎn)生氧氣，類似于人體‘呼氣’行為，放電時消耗氧氣則像‘吸氣’。在充電過程中正極產(chǎn)生的氧氣可以在放電過程中被氧還原催化劑利用，從而顯著提高鎳鋅電池的能量轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性?！?/p>

從2021年開始，高鎳電池逐漸冒起，成為不少國際車企的首選。市場數(shù)據(jù)顯示，2021年上半年全球NCM811電池裝機(jī)量同比增長276%，海外市場高鎳正極占比提升至38%，海外市場高鎳化的趨勢已成型。

“十四五”時期，根據(jù)《“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)剛要》，國家層面聚焦于新能源汽車、電池等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，動力電池PACK作為產(chǎn)業(yè)的細(xì)分賽道。

負(fù)極材料市場競爭將進(jìn)一步加劇，低端重復(fù)產(chǎn)能將被淘汰，擁有核心技術(shù)和優(yōu)勢客戶渠道的企業(yè)才能獲得長足的發(fā)展，市場集中度將有所提高。預(yù)計到2025年鋰電池負(fù)極材料市場需求量將會達(dá)到46.92萬噸。目前我國有約1.6萬余家電池回收相關(guān)企業(yè)。截至目前，我國今年新增超8600余家電池回收相關(guān)企業(yè)，同比增長1957%。

從新能源汽車動力電池成本構(gòu)成看，電池驅(qū)動系統(tǒng)占據(jù)了新能源汽車成本的30-45%，而新能源汽車動力電池又占據(jù)電池驅(qū)動系統(tǒng)約75-85%的成本構(gòu)成。解決新能源汽車高價格的核心是降低動力鋰電池一次采購成本。

新型電池是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的主力軍，根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展計劃》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》的相關(guān)指引，動力電池系統(tǒng)的能量密度需要在2025年至2030年達(dá)到350瓦時/千克。在作為外力的下游制造業(yè)市場需求拉動和作為內(nèi)力的自身技術(shù)進(jìn)步持續(xù)推進(jìn)的雙重作用下，新型電池產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善、產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵進(jìn)一步豐富、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢合理，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的勢頭強(qiáng)勁。

根據(jù)中國電池產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，預(yù)計到2025年全球電化學(xué)儲能電站的累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)到150GW，到2030年達(dá)到550GW，未來十年的年復(fù)合增長率為48%。

高鎳電池市場需求與發(fā)展前景分析

在高鎳的潮流推動下，各企業(yè)在高端產(chǎn)能方面加大投入，突破技術(shù)壁壘，高鎳三元的份額有所提高，但高鎳三元材料市場份額仍遠(yuǎn)小于以NCM523和NCM622為主的常規(guī)產(chǎn)能。

包括寧德時代、松下、LG新能源、三星SDI、SKI等中日韓電池企業(yè)的高鎳電池出貨量進(jìn)一步增長，進(jìn)而對高鎳正極材料產(chǎn)生強(qiáng)勁需求。在此情況之下，國際高鎳材料和高鎳電池市場競爭也將進(jìn)一步升級，從而帶動高鎳電池產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展。全球新能源汽車銷量激增，高鎳動力電池市場滲透提速。

在應(yīng)用端，海外電動汽車銷量進(jìn)一步提升，三元電池占據(jù)主流地位，中高端車型多采用高鎳技術(shù)路線，帶動包括寧德時代、松下、LG能源、三星SDI、SKI等中日韓頭部電池企業(yè)的高鎳電池在國際市場裝機(jī)大幅增長。

在供給端，日韓頭部電池企業(yè)在2021年都宣布即將量產(chǎn)甚至已經(jīng)量產(chǎn)鎳含量90%以上超高鎳電池產(chǎn)品，進(jìn)而加速上游高鎳前驅(qū)體和高鎳正極材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

在高鎳電池賽道上，包括寧德時代、松下、LG能源、三星SDI、SKI等頭部選手已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)供應(yīng)鎳含量超過80%的NCM和NCA電池，并將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了鎳含量90%以上的超高鎳電池。市場數(shù)據(jù)顯示，2021年上半年全球NCM811電池裝機(jī)同比增長276%，帶動NCM811材料出貨量大幅增長;海外高鎳正極市場占比提升至38%，海外高鎳化趨勢愈發(fā)明顯。

動力電池及備用電源產(chǎn)品領(lǐng)域，目前的能源危機(jī)使得一電池為動力電源的產(chǎn)品，越來越多的被青睞。電動的自行車已經(jīng)推向市場，其中有用鎳氫電池作電源的，主要是以C型電池為主，要求快充的大電流放電，這個市場隨著電池技術(shù)的成熟將越來越大，目前主要是鎳氫電池的發(fā)熱和一致性問題解決。

隨著高鎳電池的裝機(jī)量提升，帶動了原材料生產(chǎn)企業(yè)的增長。像國內(nèi)原材料企業(yè)，在今年開始，高鎳系列的原材料出口量大幅增加，Ni83、Ni88、Ni90已成主銷的出口產(chǎn)品，而更高鎳含量的Ni95已完成產(chǎn)品相關(guān)驗證，短期有望進(jìn)入量產(chǎn)階段。

中日韓頭部電池企業(yè)已經(jīng)將下一代電池的目標(biāo)瞄準(zhǔn)鎳含量90%以上甚至完全無鈷的高鎳電池或固態(tài)電池，并且制定較為明確的量產(chǎn)計劃表。

中研研究院對該行業(yè)作了詳盡深入的分析，是企業(yè)進(jìn)行市場研究工作時不可或缺的重要參考資料，更多行業(yè)具體詳情可以點擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的報告《 2022-2027年中國扣式鎘鎳電池行業(yè)發(fā)展趨勢及投資風(fēng)險研究報告》。

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