7月8日14:30索比儲能網(wǎng)特邀對流增強(qiáng)型自分層電池發(fā)明人、武漢光電國家研究中心孟錦濤博士，武漢大學(xué)電氣學(xué)院原副院長陳紅坤教授，武漢輕工大學(xué)碩士生導(dǎo)師何貟副教授，《電動車用鋅空氣電池》國家標(biāo)準(zhǔn)主要起草人劉偉春總工程師以及溫伯格科技有限公司首席顧問張承建先生對長時儲能、鐵/鋅基自分層液流電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行深度分享。

鋰電及其化學(xué)品創(chuàng)新思考

鋰電化學(xué)品是石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級方

(資料圖片)

中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會副會長傅向升

鋰電及其化學(xué)品的發(fā)展與創(chuàng)新是石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要領(lǐng)域和方向，是為新能源汽車、高端制造、戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)等配套的重要產(chǎn)品。我們最早接觸鋰電的概念是通過手機(jī)。鋰電是第一代手機(jī)用電池鎳氫電池的換代產(chǎn)品，因為鋰電比鎳氫電池充放電更便捷，尤其是容量更大、待機(jī)時間更長、充放電沒有記憶，安全性也更好，因此很快就取代了原來的鎳氫電池。

今天談鋰電更多是與新能源汽車有關(guān)，更是與純電動車密切相關(guān)，新能源汽車是當(dāng)前和未來一段時期國內(nèi)外高度關(guān)注的焦點和發(fā)展的重點。一方面是因為應(yīng)對大氣污染，燃油車行駛過程中會有大量尾氣排放，大氣中溫室氣體含量不斷增加，導(dǎo)致地球氣溫上升、氣候變化，而新能源汽車不存在大量尾氣排放的問題;另一方面是為應(yīng)對人類對化石資源的依賴和過度消耗，石油天然氣煤炭等化石資源的有限論，尤其是石油枯竭論始終伴隨著大規(guī)模工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，而新能源汽車行駛過程中不消耗傳統(tǒng)的汽油或柴油，即新能源汽車行駛過程中不消耗化石燃料及化石資源。因此，發(fā)達(dá)國家都制定了傳統(tǒng)燃油車退出市場和禁售的時間表，在德國、法國等成員國已宣布禁售燃油車時間表的基礎(chǔ)上，6月8日歐盟議會正式通過歐盟委員會2021年7月提出“從2035年開始在歐盟境內(nèi)停止銷售新的燃油車、包含混合動力汽車”的立法建議，隨后大眾、奔馳等先后表態(tài)支持這一新的法規(guī)，奧迪決定2026年不再推出燃油車的新車型、2033年起停止生產(chǎn)傳統(tǒng)的燃油車;奔馳表示2025年起在歐洲市場只銷售電動車，全球市場的燃油車退出不晚于2039年;寶馬計劃2030年至少一半銷量屬于純電動車;梅賽德斯—奔馳表示“公司已準(zhǔn)備好2030年之前銷售100%的電動汽車”。因此，今天談鋰電更多的是與電動汽車密切相關(guān)。

中國近年來一直是新能源汽車年產(chǎn)量最大、增速最快，新能源汽車行駛數(shù)量最多、發(fā)展最快的國家。自2008年底啟動“十城千輛”新能源汽車示范工程以來，據(jù)中國汽車工程學(xué)會統(tǒng)計2015年上半年中國新能源汽車總銷量已超過7.27萬輛，比美國同時的銷量多2萬輛，中國已成為全球最大的新能源汽車市場。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2021年底我國新能源汽車的保有量約784萬輛，比上年度增加了約292萬輛，同比增長約59.3%;去年我國新能源汽車的產(chǎn)量367.7萬輛，今年前5個月我國新能源汽車的產(chǎn)銷量雙雙超過200萬輛，產(chǎn)銷同比均增長1.1倍。其中，純電動汽車的產(chǎn)量164.2萬輛、銷量158.6萬輛，同比均增長1倍。新能源汽車、電動車正在成為我國新的經(jīng)濟(jì)增長點、增長極，更是我國轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的重點領(lǐng)域，今天在座的很多從事鋰電化學(xué)品的企業(yè)未來都應(yīng)當(dāng)擁有廣闊的發(fā)展前景，已經(jīng)從事鋰電化學(xué)品及其與鋰電化學(xué)品產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)近幾年的效益都不錯，這些企業(yè)家都是獨具慧眼和前瞻性的。當(dāng)然，希望大家在目前賺大錢的同時，要看到還存在一些挑戰(zhàn)和瓶頸制約，這實際上就是我們未來創(chuàng)新的方向。

鋰電性能還存在明顯短板

跟現(xiàn)有的燃油車相比，鋰電車主要表現(xiàn)在充電時間長、行駛里程短，充電時間比加一箱油要長很多，這一問題正在通過換電池組來解決。行駛里程短一直是電動汽車最大的制約，低溫環(huán)境中行駛里程更是大幅縮水，我跟很多開電動車的師傅和朋友都做過交流，一次充滿電也就是200~300公里。

為什么特別講充電的問題和行駛里程的問題呢?因為我覺得這跟我們的鋰電化學(xué)品有關(guān)，會不會跟化學(xué)組分有關(guān)?跟化學(xué)品的純度也有關(guān)?

2017年10月，我曾帶隊到LG化學(xué)和SK創(chuàng)新中心訪問和交流，這兩家的創(chuàng)新總部都在首爾附近的大田市，稱為“韓國的硅谷”。LG化學(xué)給我最深的兩點印象是電動汽車的電池和液晶顯示材料，現(xiàn)場向我們展示了電動汽車的電池，是一輛電動汽車底盤上的電池組，還特意播放了一段視頻：是這組電池的電動汽車參加新能源汽車?yán)惖囊曨l，這輛車當(dāng)年獲得了冠軍。因此對方跟我們訪問團(tuán)講，“LG化學(xué)的新能源電池性能是世界最好的，正負(fù)極材料都是自己配套的，現(xiàn)代、沃爾沃、通用、福特、奧迪等都用他們的電池，當(dāng)時全球有60萬輛車用LG的電池”，我估算了一下約占當(dāng)時世界行駛電動汽車的一半，他們認(rèn)可。對方還告訴我們：下一年將開始生產(chǎn)第三代鋰電池，我問第三代一次充電行駛里程，他們說將達(dá)到500公里。我還跟他們探討：國內(nèi)都在研究納米材料用于新能源電池，他們的電池性能這么好，是否使用了納米材料?他們說：納米材料的應(yīng)用正在試驗，但他們當(dāng)時的電池組是用了碳納米管。

當(dāng)天下午我們又到了隔壁的SK創(chuàng)新中心，SK也向我們介紹了很重視電動汽車用鋰離子電池及其材料的研發(fā)，是韓國第一家、世界第三家開發(fā)成功鋰離子電池核心材料——分離膜的企業(yè)，2005年底第一條生產(chǎn)線投產(chǎn)，我們交流時有9條生產(chǎn)線正在生產(chǎn)專用分離膜和電動汽車電池專用的耐熱分離膜，SK還講他們是首家高能量密度三元系材料鋰離子電池制造企業(yè)，與現(xiàn)代汽車、北汽、戴姆勒等汽車企業(yè)都有合作。

當(dāng)前鋰電化學(xué)品產(chǎn)能擴(kuò)張勢頭強(qiáng)勁

近年來因為新能源汽車的快速發(fā)展，又加上去年下半年以來產(chǎn)品價格大幅上漲?？匆唤M與鋰電化學(xué)品相關(guān)的產(chǎn)品價格變化：碳酸鋰去年12月份的高點23.26萬元/噸、全年均價上漲157.3%，今年二三月份沖高到52萬元/噸。磷酸鐵鋰去年1月份均價3.775萬元/噸，然后一路走高、12月份到了9.26萬元/噸，今年4月份再次升到了15.9萬元/噸。六氟磷酸鋰去年1月份均價11.325萬元/噸，也是一路走高、4月份過20萬元/噸、6月份高于33.5萬元/噸、8月份高于42.3萬元/噸、10月份過51萬元/噸、12月份達(dá)到56.5萬元/噸，今年2月份沖高到59萬元/噸，5月份回落到27.2萬元/噸。跟鋰電化學(xué)品密切相關(guān)的有色金屬鎳、鋰、銅等也是價格一直走高，去年鎳的均價是13.756萬元/噸，今年1月16.4萬元/噸起步、3月份過20萬元/噸、4月份接近22.5萬元/噸、5月份回調(diào)到20.6萬元/噸。鋰去年均價12萬元/噸，今年1月份32萬元/噸起步、3月份達(dá)到49萬元/噸、5月和6月份都在47萬元/噸。

正是這種價格的大幅提升，很多企業(yè)似乎看到了新的商機(jī)，鋰電化學(xué)品的新建產(chǎn)能量大、增速快，以磷酸鐵鋰為例，有一份統(tǒng)計去年以來已宣布的磷酸鐵新建產(chǎn)能就有500萬噸/年、磷酸鐵鋰新建產(chǎn)能超過300萬噸/年(有的統(tǒng)計更高達(dá)490萬噸/年)，更讓人擔(dān)心的是有的企業(yè)屬于新進(jìn)入這一領(lǐng)域。有以鋰電正極材料磷酸鐵鋰為主導(dǎo)產(chǎn)品并主導(dǎo)市場的企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)。還有像我們熟悉的原來主導(dǎo)產(chǎn)品是磷酸鹽、磷肥的企業(yè)，如云天化、興發(fā)、宜化、新洋豐等磷化工企業(yè)，或者像多氟多這樣多年做氟化工的企業(yè)、或者像魯北化工這樣既是磷肥老企業(yè)、又有硫酸法鈦白生產(chǎn)，產(chǎn)品鏈已經(jīng)延伸到了磷酸鐵鋰等這樣的鋰電化學(xué)品，有即有產(chǎn)品的基礎(chǔ)，又可以使鈦白粉生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品硫酸亞鐵增值利用，同時還解決了環(huán)保難題，這樣的企業(yè)做產(chǎn)品鏈延伸還是有基礎(chǔ)、有優(yōu)勢的。在市場和價格的驅(qū)動下，有一批原來不是做磷化工、氟化工的企業(yè)也要跨界進(jìn)入這個產(chǎn)業(yè)，甚至有的已經(jīng)宣布擬建和新建規(guī)模很是宏偉。這種新建、產(chǎn)能還如此之大，過幾年產(chǎn)能是否過熱先不說、存不存在沖動?

建議新建或擬建的企業(yè)還是要很好地科學(xué)論證，不僅要論證未來的市場，還要論證原料的來源和供應(yīng)鏈安全，我們的鋰資源、磷資源以及鐵礦石資源的保供問題不容回避;不僅要論證現(xiàn)有的技術(shù)、產(chǎn)品的品質(zhì)，還要論證如果電動汽車現(xiàn)在表現(xiàn)出的致命短板不能解決的話?目前大量使用的鋰電會不會被性能更加優(yōu)越的新的電池材料、新的新能源電池用化學(xué)品取代?更為致命的是會不會發(fā)生顛覆性的取代?比如更先進(jìn)的氫能汽車：如果綠氫的制備技術(shù)和成本都過了關(guān)，如果氫燃料電池的技術(shù)、膜材料及其電堆技術(shù)和成本都過了關(guān)?這不是危言聳聽，光伏和風(fēng)電等綠電電解水制氫寶豐能源第一套1萬立方米/時已運行了一年多，第二套2萬立方米/時的裝置即將投產(chǎn)。去年我在寧東煤化工基地現(xiàn)場看了投用的加氫站，是用一家煤焦油加氫工廠的副產(chǎn)氫氣，正在為一輛大客車加氫，價格是16.8元/千克，幾分鐘就加好了。

自然光催化分解水制氫三菱化學(xué)和東京大學(xué)不僅實驗室結(jié)果在不斷提升，而且東京大學(xué)100平方米的模型試驗也取得了階段性成果。在三菱化學(xué)已經(jīng)展示給我們看了碳纖維復(fù)合材料制作的氫能汽車的氫氣瓶，我們國際石化大會期間豐田專門交流了他們已經(jīng)試運行的氫燃料汽車，商品牌號：Mirai，有迷你款，也有外觀和乘用空間與現(xiàn)在路面跑的雷克薩斯L型車相似，3分鐘加滿一箱氫氣、最高續(xù)航里程850公里。講這么多，就是想與鋰電化學(xué)品的朋友們分享一些信息，尤其是與目前集中規(guī)劃、集中建設(shè)和大規(guī)劃、大建設(shè)的企業(yè)朋友們交流一些信息，僅供同志們新建和擴(kuò)建新產(chǎn)能、新項目時參考，尤其是在項目論證時參考。

創(chuàng)新對鋰電及其化學(xué)品至關(guān)重要

上面談到現(xiàn)在鋰電的使用性能還存在致命的短板，只有通過創(chuàng)新來解決。創(chuàng)新也是做強(qiáng)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、做強(qiáng)主導(dǎo)產(chǎn)品、做強(qiáng)企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵要素，更是鋰電化學(xué)品健康發(fā)展關(guān)鍵中的關(guān)鍵、核心中的核心。

鋰電當(dāng)前存在的致命短板，能不能通過鋰電正極、負(fù)極材料這些基礎(chǔ)材料的純度、質(zhì)量的創(chuàng)新、提純、純凈來實現(xiàn)呢?當(dāng)然還可以通過組成鋰電的多元組分、納米材料、或者稀有元素等的創(chuàng)新和應(yīng)用來實現(xiàn)。

創(chuàng)新是無止境的，6月19日，我看到一個最新的消息：美國有一個公司ONE(Our Next Energy)，已經(jīng)并掌握了一種“雙化學(xué)電池技術(shù)”，其續(xù)航里程600英里即966公里。為什么叫“雙化學(xué)電池技術(shù)(Dual-Chemistry Battery)是因為這款電池中包含兩種類型的電池組，一邊是磷酸鐵鋰電池、一邊是采用能量密度更高的化學(xué)成分，能夠儲存更多的能量，因此續(xù)航里程更長。ONE還同時宣布已與寶馬集團(tuán)簽署協(xié)議，將應(yīng)用于純電動寶馬iX車上，這款續(xù)航近千公里的純電動車今年底前將完成測試。ONE還宣布：這一長續(xù)航技術(shù)鋰的使用量將減少20%、石墨的使用量減少60%，并最大限度減少了鎳和鈷的使用量。

顛覆性的技術(shù)出現(xiàn)也許并不遙遠(yuǎn)，6月22日又看到一位多年耕耘創(chuàng)新的老先生轉(zhuǎn)的消息：以色列已經(jīng)研發(fā)成功稱為“閃充”的汽車專用蓄電池，每次充電只需5分鐘，續(xù)航可達(dá)460公里，是一種新型固體復(fù)合材料，其重量比鋰電池還輕，已經(jīng)試驗成功，并有汽車行駛的圖像資料。因此以色列政府宣布：2025年前停止所有燃油車，全部使用電動汽車。

我們現(xiàn)在很多企業(yè)都在新建和擴(kuò)建新的產(chǎn)能、新的裝置，一定不能低水平重復(fù)，新投產(chǎn)的裝置一定要收率更高、單耗更低、排放更低，新裝置生產(chǎn)出來的產(chǎn)品一定要品質(zhì)更好、純度更高，電池的性能更好。我們生產(chǎn)鋰電化學(xué)品的企業(yè)創(chuàng)新的思路上也要開闊一些，不能局限于我們的工廠或裝置生產(chǎn)出了符合標(biāo)準(zhǔn)、符合企業(yè)需要的產(chǎn)品就行了，這是基本要求、是最基礎(chǔ)的，我們還要研究我們的產(chǎn)品用于鋰電以后、組裝出的鋰電的性能如何?是比別的廠家好還是差?好與差的原因是什么?怎么造成的?是我們的產(chǎn)品質(zhì)量的原因、還是鋰電生產(chǎn)企業(yè)組裝過程的問題?并且找出解決問題的辦法，與鋰電企業(yè)共同改進(jìn)提升，這就是全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新、也是協(xié)同創(chuàng)新的具體做法，這樣的創(chuàng)新要是做好了何愁沒有客戶?何愁沒有穩(wěn)定的客戶?我發(fā)現(xiàn)很多跨國公司在與客戶攜手創(chuàng)新、為客戶提供一攬子解決方案的做法值得我們借鑒。

當(dāng)然，鋰電化學(xué)品領(lǐng)域創(chuàng)新的內(nèi)容還有很多，尤其是通過創(chuàng)新推動鋰電化學(xué)品的高端化、差異化、超純化與低碳化等都還有很多內(nèi)容等著我們?nèi)?chuàng)新。鋰電化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)的智能化與數(shù)字化也需要不斷創(chuàng)新。鋰電化學(xué)品作為高性能化學(xué)品的重要部分，其新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備的應(yīng)用與創(chuàng)新也很重要，如微反應(yīng)器及其技術(shù)、超重力和超臨界等反應(yīng)與提純技術(shù)等，對鋰電化學(xué)品的反應(yīng)收率、超純超凈、節(jié)能降碳都將是明顯的。

鋰電化學(xué)品是為新能源電池行業(yè)配套的重要材料和產(chǎn)品，產(chǎn)品的高端化、差異化和高性能化，不僅對新能源汽車行業(yè)重要，對儲能領(lǐng)域、高端制造業(yè)以及航天航空、甚至是國防軍工都是不可或缺的。隨著新能源汽車的快速發(fā)展及其擁有量的持續(xù)增加，鋰電報廢以后的問題將日益凸顯，為了解決生態(tài)環(huán)境問題、為了解決鎳鈷錳等貴金屬短缺問題，更是為了新能源汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，從事鋰電化學(xué)品的企業(yè)、企業(yè)家和創(chuàng)新人員，能不能也把報廢鋰電的材料回收和貴金屬的循環(huán)利用作為一個重點研發(fā)課題?為了新能源電池行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展、為了我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展作出我們新的、更大的貢獻(xiàn)。

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