《ESG Weekly》：安全事故不斷 動力電池企業的技術創新與挑戰
時間:2024-03-31 07:33來源:科創板日報 作者:金博
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鋰離子電池的出現，可能是人類20世紀最偉大的發明之一。
2019年10月，瑞典皇家科學院頒發了2019年度諾貝爾化學獎，美國德州大學奧斯汀分校的約翰Ｂ古迪納（John .B. Goodenough）教授、紐約州立大學斯坦利.惠廷漢（Ｍ.Stanley Whittingham）教授和日本化學家吉野彰（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。
三位化學家的聯袂獲獎，說明鋰離子電池在推動人類科技進步中所做的努力，已得到國際學術界的公認。
自1990年代鋰電池首次實現商品化后，因其具有的能量儲備、循環壽命長、無記憶性以及自放電率低等獨特優勢，逐漸被應用于人類社會生活的方方面面。
其應用包羅萬象，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類電子產品，大到航空航天飛行器，醫院、賓館等各種場合的應急電源，電動工具，都離不開鋰電池。
2004年，美國發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15年，這都歸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能減排的雙碳背景下，電動交通領域（電動汽車、電動自行車、電動船舶、電動軌道）還將獲得長足發展，這將為鋰電池行業帶來更大的增長空間。
由于鋰電池在人類社會的廣泛應用，電氣化得到普及，石油和燃氣等化石能源的用量減少，鋰電池也為抑制全球氣候變暖、實現社會可持續發展作出貢獻。
此外，制造鋰電池所用材料的主要物質，是鋰、碳、錳、鎳、鈷，不使用鎘、鉛、汞等，對環境負荷小。
不過，鋰電池行業的發展，也在遭遇挑戰。繼續用技術創新來推動極限，克服困難，成為科研工作者、動力電池企業們的共同宏愿。
動力電池行業發展的技術挑戰
在去年的中國電動汽車百人會上，中國科學院院士、廈門大學教授孫世剛發表演講，認為現有鋰離子電池正面臨四個挑戰：
一是鋰資源嚴重限制其規模儲能應用。目前，我國70%的鋰材料依賴進口，亟需發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，遠不能滿足電池儲能領域發展的需求，限制了更多物理場景的實際施用；
三是安全事故頻發，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生著火事件；
四是鋰電池在極端環境下適應性尚不足，特別是在水下深海探測、升空探測等極端環境下，還需要有更高適應性。
要解決這些挑戰，就需要進一步的技術創新。具體來看，目前的鋰電池技術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用造成了限制。
循環壽命和衰減：隨著循環次數的增加，會出現容量衰減和循環壽命縮短，這也影響到電池的可靠性和長期穩定性。
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，特別是在一些關鍵領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雜。此外，部分電池材料的供應也缺乏可持續性。因此，開發更廉價、可持續的電池材料和生產方法，至關重要。
如上還是實驗室階段的理論課題，在實際生活中，已出現如下亟待解決的現實問題：
電池容量匹配問題：如電動車輛和能源儲存系統，需要將多個鋰離子電池組合在一起，以提供所需的總容量。然而，電池之間的容量差異，可能會導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。
環境影響和可持續性問題：鋰離子電池的生產和處理，仍可能對環境造成影響。如電池材料的采礦和提煉、廢舊電池的回收和處理等。因此，需要找到對開發環境更友好的電池技術，及更有效的回收和循環利用方法。
大規模應用和基礎設施問題：隨著鋰離子電池在電動汽車和能源儲存領域的大規模應用，相應的基礎設施和充電網絡也面臨挑戰。
科學研究不可能一蹴而就。長期來看，如上問題和挑戰，需要通過材料創新、電池設計優化、新的制造工藝、以及更深入的研究和開發來解決。
中國動力電池企業的技術探索
在全球動力電池行業中，中國目前處于相對領先位置，國內已出現一些市場份額較大的動力電池企業，如寧德時代、比亞迪、中創新航、國軒高科、欣旺達、孚能科技等。其中，寧德時代在全球市場占據了第一位置。據第三方統計數據，2022年，寧德時代的市場份額占到了全球的37%，國內市場的近半。
這些企業，都推出了各有獨家技術的電池產品。如寧德時代的凝聚態電池，比亞迪的刀片電池，蜂巢能源的龍鱗甲電池，欣旺達的閃充電池，億偉鋰能的π電池，瑞浦蘭鈞的問頂電池，中創新航的頂流圓柱電池，捷威動力的海綿電池等。
總的來看，中國的動力電池產業已蓬勃成型。目前在科創板上市公司中，已出現寧德時代等一批領先企業。
為了解國內動力電池企業在技術研發方面的狀況，《科創板日報》研究員從科創板相關上市公司中，挑出派能科技和珠海冠宇兩家企業進行案例研究，通過公司官網、公開發布的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”在科創板上市，專注于鋰電池儲能產品開發和應用，提供鋰電池儲能系統綜合解決方案。
珠海冠宇成立于2007年，擁有珠海、重慶、嘉興三個生產基地，2021年10月在科創板上市，是頭部的消費類聚合物軟包鋰離子電池供應商。
總的來看，這兩家上市公司都采取了一些積極舉措：
比如，在產品安全方面，派能科技“加強了研發過程中的電池安全機理研究，提供了針對高壓系統接錯線、導致員工意外傷害的生產測試系統”；公司“還對產品的安全性和可靠性問題進行評估，對產品進行充放電測試和拆解維修處理”；“公司產品通過了如IEC、CE、UL等國際標準的安全認證。”
珠海冠宇的鋰離子電池產品，“在客戶的供應商資格審核認證測試中表現穩居行業前列，在終端產品中更是表現突出，在安全性等多方面處于行業領先水平”； “報告期內，浙江冠宇獲得SGS頒發的安全流程認證證書，標志著公司汽車動力電池BMS產品，達到汽車安全ASILD（最高）級別要求”。
在研發數字化方面，派能科技注重高精度 SOC 算法的迭代研發，“儲能系統在生命周期過程中容量不斷衰減，內部物理化學特性也隨之改變，派能不斷優化SOC估計模型，在 EKF 算法基礎上引入自適應算法”。
此外，派能科技還在全工況溫度自適應技術、循環壽命提升技術等領域，加大研發力量，提升電池循環壽命。
總的來看，針對動力電池的創新研發是一個系統工程，派能科技和珠海冠宇的工作，只是研發進展的一個節點，希望能以這一管中窺豹的方式，對認知動力電池技術研發領域的整體狀況，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，鋰電池技術將更進一步造福人類。
(責任編輯：子蕊)
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