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中信建投证券:锂离子电池仍是动力、消耗、储能电池的首选

发布时间:2020-05-01 14:33 作者:admin 来源:未知 点击:88 字号:

来源:中信建投证券

巨匠扛鼎,后继不息

抢宵实业有限公司

肯定,2019年锂离子电池斩获诺贝尔奖

锂电池是继LED后又一个对人类雅致作出特出贡献并使其钻研开拓者获得诺贝尔奖的工业产品,是截至现在移动供电的最佳物质载体,催生/优化了新能源汽车、笔记本电脑、功能/智能手机、电动工具、电化学储能、无人机等多个走业,是一系列里程碑式行使创新的底层声援者。

跨越,锂电具备综相符上风

自上世纪下半叶以来,锂离子电池的主要构成片面正极、负极、电解液、隔膜赓续取得技术进展。在多指标评价系统中,锂离子电池的外现大幅优于其他二次电池。质量/体积能量/功率密度、日历/循环寿命、充放效果等参数在多多储能技术中拔得头筹;周围、自放率、寿命等技术指标也居于前线。能够认为,锂离子电池是储能技术,尤其是电池储能技术跨越式发展的里程碑。

进展,技术工程层面优化中

吾们认为,动力电池的技术发展倾向在经历为时总共约5年的“能量密度为王”时代之后,已最先逐渐转向“N专多能”的平衡实用时代;消耗电池的单体带电量、倍率性能等还将有所升迁;储能电池对成本、寿命的请求仍将赓续。

从电池单体能量密度计算式E=U/[1/Qc 1/Qa minact]起程,综相符考虑成组效果,吾们推想,现有系统下的动力电池包质量能量密度约200Wh/kg或稍多,体积能量密度约300Wh/L或稍多,深充深放倍率3C基本就是极限。

总而言之,技术-工程层面的优化难以使得电池及新能源汽车再一次经历“洗手不干”级别的转折,相等于此前锂离子电池制服铅酸、镍镉、镍氢电池级别的转折。只有科学层面的创新才能够让电池及新能源汽车的通例行使性能走向下一次跨越。

远瞻,不确定之下科学征程

“下一代电池”概念宽泛且概念间有交叉,但回归内心,多立足某一栽载流子,对响答的正负极、电解质等进走革新。吾们推想,最适配相符为动力电池载流子的元素也许率照样是锂;“下一代电池”将主要面向动力电池的质量/体积能量密度升迁,正极照样是电池性能的主要瓶颈,负极、电解质的作用也相等关键。固态电池、锂硫电池等等均有相等价值。“科学创新性”和“工程行使性”将同时贯穿“下一代电池”钻研做事首终。

投资提出

现在的锂离子电池在较长一段时间之内照样是动力、消耗、储能电池的首选。提出投资者关注电池中央环节的全球动力电池龙头企业及原料、组织件、电气部件企业:容百科技、当升科技、永远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化;中科电气、凯金能源;天赐原料、新宙邦;恩捷股份;科达利;宏发股份。

三星长寿命高能量密度固态电池

三星长寿命高能量密度固态电池取得钻研进展

三星的多名学者在顶级期刊Nature Energy上发外论文,制备了以高镍三元原料为正极,硫系原料为固体电解质,以银-碳复相符薄层行为负极(及过渡层)的,无过量锂增补的长寿命固态电池:0.6Ah软包电池具备超过900Wh/L的体积能量密度,和超过1000次的循环寿命。钻研者期待议决此钻研期待解决的题目是:议决引入银-碳复相符薄层行为负极(及过渡层),彻底改造固体电解质-金属锂之间的界面,使得全电池既享福锂负极的上风,又规避其瑕玷。

电池原料系统构建:银-碳复相符负极薄层是关键亮点

钻研做事行使的正极原料为锆酸锂包覆的高镍三元NCM原料,负极及过渡层原料为粒径约60nm的银纳米颗粒、粒径约35nm的炭暗和其他助剂,该原料中银的质量分数约为25%,体积分数约为8%。行使的电解质为硫系固体电解质。

电池循环机理:负极(及过渡层)砥柱中流

电池循环前,负极(及过渡层)形貌规整,元素分布均匀;首次充电后,致密的锂层在过渡层后形成,幼批锂和银结相符为银锂相符金,并分布于过渡层及锂层内;放电后,锂层十足消逝,而金属锂回归正极。多次循环后,银在复相符负极中的位置向负极集流体富集,而这栽富集会进一步有利于电池(充电时形成、放电时消逝的锂金属负极微不都雅结议和循环性能的保持)。各栽体原料及界面得到深度优化。

电池循环性能:容量较高,寿命可用

电池的能量密度测算为900Wh/L以上,高于松下为特斯拉挑供的21700圆柱电池单体(~700Wh/L)。固定60oC、4.25V充电截止电压和0.1C充电倍率,电池的放电容量在200mAh以上;固定0.5C充放倍率、2.5-4.25V充放深度、60oC循环温度的条件下,电池安详循环约1000次,库仑效果超过99.8%,容量保持率超过80%。电池对温度敏感,固定0.1C的较矮充放倍率,电池在45oC保持了较高的放电容量,但25oC时容量衰减就比较主要。随着温度的进一步降矮,电池容量也不息降矮。室温及以下的温度不幸于性能开释。

总结与评论:科学创新性强,工程行使性还需进一步的做事

银-碳负极(过渡层)基本解决了负极和固体电解质界面的题目,公司动态以及负极自己的题目。碳原料用于安详负极-固体电解质界面,银用于安详过渡层-锂“周期性负极”界面并且改善锂“周期性负极”的体原料性能。巧妙的原料系统和组织设计为电池的有效循环挑供了保障。自然,硫系固体电解质和正极的相容性也为电池能量密度的发挥带来了积极作用。

钻研做事电池的体积能量密度更高,坦然性更高,倍率虽有肯定劣势但并非不走为消耗者批准,,循环寿命也可已足基本需求。但是,室温性能、倍率性能和较高成本(推想纳米银颗粒成本0.24元/Wh以上)影响了周围化行使前景,后续仍必要大量做事。

吾们认为,固态电池最后将成为锂离子电池家族中的关键构成片面之一。其和液态锂离子电池有看上风互补,别离行使于相符对答需求痛点的场相符:固态电池的高坦然性、相对高能量密度有看工业化、商业化实现;而液态锂离子电池的高倍率性能、高循环寿命、矮成本上风有看保持。

投资提出

现在的锂离子电池在较长一段时间之内照样是动力、消耗、储能电池的首选。提出投资者关注电池中央环节的全球动力电池龙头企业及原料、组织件、电气部件企业:容百科技、当升科技、永远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化;中科电气、凯金能源;天赐原料、新宙邦;恩捷股份;科达利;宏发股份。

高容量/活性物质载量硫系正极

高容量/活性物质载量硫系正极取得钻研进展

澳大利亚莫纳什大学、比利时列日大学等高校及钻研机构的多名学者在顶级期刊Science Advances上发外论文,制备了对体积膨大具有高容忍度、循环寿命相对很高的硫系正极原料。该正极原料具有超过1200mAh/g的容量,在较矮倍率下可循环超过200次。

原由硫正极、硅负极等高容量、高地壳丰度的原料除电化学原理之外还存在循环过程中体积转折清晰、组织损坏主要等题目,钻研者构建了以胶状硫、碳原料和羧甲基纤维素构成的复相符正极原料系统。

电池原料系统构建:刚软并济的硫系正极

钻研做事行使的正极原料为70%胶状硫、20%碳原料和10%羧甲基纤维素,分别样品的制备手段分别。钻研者认为,只有干法同化、后续湿润,才能够获得高黏度、有电化学活性的正极。

电池循环性能与机理:活性物质-导电剂-粘结剂各居其位

对于干法同化-往离子水湿润的样品,其0.1C倍率下的放电容量高达1400mAh/g;即使添大活性物质载量40%,仍有超过1200mAh/g的放电容量;而对比样品容量展现清晰退降,一致条件下放电容量在约800mAh/g以内。更高倍率、更长循环的测试效果外明,样品在0.2C倍率循环条件下库仑效果仍高于99%,200次循环后的容量盈余约为900mAh/g。

钻研者认为,胶态硫对于钻研做事的主要性很高。行使微米级晶态硫则原料的微不都雅均匀性因循环过程中晶粒的一连粗化而遭到损坏。另外,纤维素粘结剂对钻研做事的主要性也很高。相比于传统PVDF(聚偏氟乙烯)粘结剂,议决干法同化的纤维素即使后续被湿润片面消融,仍能够较益地保持其粘结性能。

总结与评论:200次循环的高载量硫系正极,特出的首点

钻研者议决干法同化的手段制得了活性原料-导电剂-组织框架原料各得其所的硫系正极,很大水平上兼顾了高容量正极的力学性能和电化学性能。但是距离动力电池行使仍有倍率性能、循环寿命方面差距;而且体积能量密度、自放电性能尚不晓畅。另外从全电池的角度看,过量锂负极的行使能够也有湮没的不幸影响。锂硫电池的实用化尤其是动力电池化仍必要大量做事。

投资提出

现在的锂离子电池在较长一段时间之内照样是动力、消耗、储能电池的首选。提出投资者关注电池中央环节的全球动力电池龙头企业及原料、组织件、电气部件企业:容百科技、当升科技、永远锂科、厦门钨业、德方纳米、湘潭电化;中科电气、凯金能源;天赐原料、新宙邦;恩捷股份;科达利;宏发股份。

君臣佐使,NCMA

NCMA四元正极赓续取得钻研进展

韩国汉阳大学的Un-Hyuck Kim、Chong S. Yoon和Yang-Kook Sun是NCMA四元正极原料的钻研先驱。自2016年以来,其NCMA四元正极原料一连取得钻研进展,关键的镍含量从60%(2016年)逐渐升迁至76%(2017年)和89%(2019年)。钻研者归纳,镍钴锰铝酸锂-NCMA正极原料有能够表现出更优厚的性能:一致镍含量下的容量相通,但是其长时间循环的容量保持率、炎安详性、高温循环的容量保持率、电荷迁移阻抗、微裂纹招架能力等性能外现均更益。

电池原料系统构建:前驱体镍钴锰,煅烧引入锂铝

钻研做事行使的正极原料议决前驱体引入镍、钴(和锰),并议决增补氢氧化物煅烧引入锂(和铝)。获得的正极均为形貌均匀、粒径约5微米或稍多的团圆态颗粒。

电池循环机理与性能:“保持”的力量

在电池循环过程中,NCM、NCA、NCMA的若干区别导致了最后的性能迥异。循环过程中,NCMA正极的晶格变形更幼,断裂强度更高,有害的岩盐相形成更少,阻抗增补更少。最后,在分别充放深度、充放倍率、充放温度和循环次数条件下,高镍NCMA正极原料的容量保持率隐晦高于参比NCM和NCA(该NCA铝含量较矮或为一处瑕玷),普及达约85%或更高。另外NCMA的炎安详性也更高。

总结与评论:距离实用化或为期不远,尚需和现有系统顶峰对决

吾们认为,钻研者的做事或表明,NCMA原料距离实用化已相等挨近。原料系统方面,前驱体-正极工艺相对成熟,并未选用腾贵的基材或腾贵的制备手段。性能比较方面,较贴近实用化的测试数据也有较详细吐露。如钻研者的做事被进一步证实,亦即幼批铝掺杂会对高镍动力电池正极产生较清晰的积极作用,则产业界对高镍NCMA的亲炎能够超预期;如NCMA四元正极原料对现有系统的优化水平有限但成本可比甚至更矮,则也有能够成为得到较普及行使的正极原料技术路线之一。同时,分别原料系统构成、组织形貌方面的进一步做事也有待开展。

投资提出

NCMA四元原料系统已有若干公司进走组织。提出投资者关注LG化学(和通用相符资进走高镍NCMA研发)、蜂巢能源(同时进走四元、无钴两条技术路线研发)、容百科技(认为NCM和NCA能够最后融相符为NCMA)、格林美(NCMA前驱体正在客户验证)等公司的技术进展。

来源:金融界网站

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