“雙碳”目標(biāo)與能源的消耗

2020?年?9?月?22?日，國(guó)家主席習(xí)近平在第?75?屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提出，“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于?2030?年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取?2060?年前實(shí)現(xiàn)碳中和”（以下簡(jiǎn)稱“雙碳”目標(biāo)）。根據(jù)我國(guó)不同行業(yè)碳排放數(shù)據(jù)，發(fā)電及供熱、工業(yè)、交通是我國(guó)二氧化碳排放量前三的行業(yè)，因此實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的適當(dāng)措施包括擴(kuò)大可再生能源比重和脫碳交通工具的使用。

在眾多可再生能源中，太陽(yáng)能以其清潔、安全、儲(chǔ)量無(wú)限等顯著優(yōu)勢(shì)，已成為發(fā)展最快的綠色能源。其中，晶硅太陽(yáng)能電池在光伏領(lǐng)域中一直占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位（~90%），是當(dāng)前國(guó)際新能源競(jìng)爭(zhēng)中的重要領(lǐng)域，在我國(guó)可再生能源戰(zhàn)略中扮演著極其重要的角色。汽車電動(dòng)化和智能化變革為大勢(shì)所趨，新能源汽車的高速發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用將大幅度降低燃油的消耗。2020?年?11?月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035?年）》，提出推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，加快建設(shè)汽車強(qiáng)國(guó)；計(jì)劃到?2025?年新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的?20%?左右；到?2035?年，純電動(dòng)汽車成為新銷售車輛的主流，公共領(lǐng)域用車實(shí)現(xiàn)全面電動(dòng)化。目前，我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中化石能源占比仍高達(dá)?80%?以上，未來(lái)在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電將占據(jù)越來(lái)越重要的地位。而高安全性的鋅電池儲(chǔ)能技術(shù)能夠解決風(fēng)能、太陽(yáng)能間歇性和波動(dòng)性等缺點(diǎn)，將促進(jìn)太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與大規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)，相互促進(jìn)。

汽車電動(dòng)化需要綠色電力才能助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，光伏發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)是主要的解決方案，“光—儲(chǔ)—配—用”綠色電力全鏈條一體化是“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。我國(guó)在光伏、新能源汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了彎道超車，這主要?dú)w因于基礎(chǔ)工業(yè)水平的提高、國(guó)內(nèi)外巨大的市場(chǎng)空間、不斷完善的供應(yīng)鏈、研發(fā)技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率提升等，所有這些變革大幅降低了上述領(lǐng)域的生產(chǎn)成本。但是，在高效晶硅太陽(yáng)能電池、鋰離子動(dòng)力電池、鋅基儲(chǔ)能電池等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料方面還需繼續(xù)發(fā)力，以實(shí)現(xiàn)更大的突破，更好地服務(wù)于能源革命和“雙碳”目標(biāo)。 

國(guó)內(nèi)外新能源材料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

光伏發(fā)電——晶硅太陽(yáng)能電池

經(jīng)過(guò)?20?余年的發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)已成為我國(guó)少有的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是推動(dòng)我國(guó)能源革命的重要引擎。目前，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了硅料、硅片、電池片、組件、發(fā)電系統(tǒng)全產(chǎn)業(yè)鏈的布局，在制造業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)等方面均位居全球首位（表?1）。

在政策的扶持下我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn)，在產(chǎn)能方面已實(shí)現(xiàn)了對(duì)世界發(fā)達(dá)國(guó)家的趕超，為世界光伏發(fā)電度電成本的降低作出了巨大的貢獻(xiàn)（圖?1），但仍然存在原始創(chuàng)新不足、主要技術(shù)依賴國(guó)外等瓶頸。以技術(shù)驅(qū)動(dòng)屬性最強(qiáng)的電池片環(huán)節(jié)為例（圖?2），目前主流的發(fā)射極和背面鈍化電池（PERC）技術(shù)，以及下一代隧道氧化層鈍化接觸電池（TOPCon）、異質(zhì)結(jié)電池（HJT）、背接觸電池（IBC）等高效電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作工藝均源自國(guó)外。其中，最為熱門的?HJT?具有量產(chǎn)效率高、生產(chǎn)工序短等顯著優(yōu)勢(shì)，早于?1990?年由日本三洋公司所開(kāi)發(fā)，直到?2015?年三洋公司的?HJT?專利保護(hù)失效才開(kāi)始在我國(guó)被大力發(fā)展和推廣。這些高效電池技術(shù)在推廣初期，相應(yīng)的制造、檢測(cè)核心設(shè)備均依靠進(jìn)口，甚至關(guān)鍵的輔材（如添加劑、漿料等）也嚴(yán)重依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)更多的是模仿。隨著我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，自主技術(shù)的市場(chǎng)需求日益強(qiáng)勁；在消化吸收的基礎(chǔ)上，部分龍頭企業(yè)正在加大研發(fā)投入，推動(dòng)技術(shù)升級(jí)換代。基于目前我國(guó)位居主導(dǎo)地位的光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模，我國(guó)迎來(lái)了原創(chuàng)性技術(shù)開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的良機(jī)。因此，探索高效的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開(kāi)發(fā)模式具有十分重要的意義。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)界若能緊抓“雙碳”目標(biāo)帶來(lái)的新能源發(fā)展機(jī)遇，通過(guò)原始創(chuàng)新打造出自主技術(shù)體系，不斷提升我國(guó)光伏產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)，則必將在國(guó)際上引領(lǐng)光伏技術(shù)的發(fā)展。

鋰離子動(dòng)力電池

20?世紀(jì)?90?年代初，鋰電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并憑借其工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、充電速度快、放電功率高、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等突出優(yōu)勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)迅猛發(fā)展。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，全球鋰電池可分為動(dòng)力、消費(fèi)和儲(chǔ)能三大細(xì)分市場(chǎng)。其中，動(dòng)力鋰電池主要應(yīng)用于新能源汽車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)工具、專用車等場(chǎng)景。

2020?年，全球新能源汽車年銷量達(dá)到了?324?萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)?43%；全球鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模約為?535?億美元，同比增長(zhǎng)?19%（圖?3）。2021?年全球新能源汽車銷量約?650?萬(wàn)輛，同比大幅增長(zhǎng)超?100%。2021?年我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)量累計(jì)?219.7 GWh，同比累計(jì)增長(zhǎng)?163.4%。受益于各國(guó)新能源汽車發(fā)展計(jì)劃，動(dòng)力電池也迎來(lái)了最為確定的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)?2025?年全球鋰離子電池將進(jìn)入?TWh?時(shí)代，全球鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將超過(guò)?1?000?億美元。若按照單一國(guó)家市場(chǎng)計(jì)算，中國(guó)是全球最大的新能源汽車市場(chǎng)。

鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液和電池外殼?5?個(gè)部分組成。正極材料在鋰電池材料成本中所占的比例達(dá)?30%—40%，其成本直接決定了電池整體成本的高低。動(dòng)力電池領(lǐng)域作為未來(lái)?10?年鋰離子電池最大的應(yīng)用領(lǐng)域，其正極材料技術(shù)的發(fā)展主要分為?3?代（圖?4）。①第一代：以錳酸鋰為代表。錳酸鋰標(biāo)稱電壓在?3.7 V，因成本低、安全性高、低溫性能好，而被廣泛應(yīng)用在輕型車市場(chǎng)。②第二代：以磷酸鐵鋰和鎳鈷錳（鋁）酸鋰（三元）為代表。磷酸鐵鋰電池標(biāo)稱電壓為?3.2 V，具有成本低、安全性好、環(huán)境友好和耐高溫等特點(diǎn)，但其能量密度較低、低溫性能較差。由于其常用的高容量正極材料層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰材料成本高，且鈷資源匱乏，面臨可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。③第三代：以高電壓鎳錳酸鋰和高容量低鈷/無(wú)鈷層狀正極材料為代表。高電壓鎳錳酸鋰電池標(biāo)稱電壓達(dá)到?4.5 V，具有高能量密度、寬工作溫度范圍、高安全性、最低鋰當(dāng)量、低成本等優(yōu)點(diǎn)。Mauler?等預(yù)測(cè)，先進(jìn)的高電壓或高容量材料潛在電池成本最低可降至?84 美元/kWh。但是在高電壓條件下，鎳錳酸鋰材料與電解液之間劇烈的副反應(yīng)及副產(chǎn)物對(duì)整個(gè)電池體系的破壞是限制其商業(yè)化應(yīng)用的最大障礙。解決該問(wèn)題的關(guān)鍵是構(gòu)造穩(wěn)定的正極材料、電解液界面膜及耐高壓電池體系。此項(xiàng)瓶頸技術(shù)若能取得突破，將能夠很好地兼顧人們對(duì)高能量密度的期望，以及對(duì)低成本的需求。同時(shí)，其穩(wěn)固的尖晶石結(jié)構(gòu)和三維鋰離子擴(kuò)散通道，確保了其較高的安全性能，以及優(yōu)異的倍率和低溫性能；與目前最主流的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池相比，其能量密度提升?40%?以上，耐低溫工作溫度范圍拓寬?20℃；從原材料成本方面分析，消耗同等質(zhì)量的碳酸鋰，高電壓鎳錳酸鋰電池電能產(chǎn)出比磷酸鐵鋰電池提升約?35%，電池總成本可降低約?30%。鎳錳酸鋰材料是最具潛力商業(yè)化的下一代鋰離子電池正極材料。松山湖材料實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已完成該材料的中試，開(kāi)始向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推進(jìn)。

鋅基儲(chǔ)能電池

“雙碳”目標(biāo)的提出，勢(shì)必加快清潔能源的發(fā)展，而這離不開(kāi)儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的保障。以清潔、安全、儲(chǔ)量無(wú)限等為特點(diǎn)的光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電在新的能源格局中的地位會(huì)越來(lái)越重，而大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)也會(huì)迎來(lái)新的春天。作為大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，有?3?個(gè)基本要求必須滿足：高安全性，在生命周期內(nèi)具有高性價(jià)比，以及生命周期內(nèi)的環(huán)境負(fù)荷低。目前，技術(shù)成熟度較高的鋰離子電池和鉛酸電池等電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)都基本實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。隨著能源格局的迭代，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)也發(fā)生演變，傳統(tǒng)的鉛酸電池市場(chǎng)逐漸被新的二次電池?fù)屨肌６武\電池采用水系電解液，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如綠色環(huán)保無(wú)毒、高容量（819 mAh/g）、充放電快、超高安全性和成本低的特點(diǎn)，因而得到了廣泛關(guān)注。但是，水系鋅離子電池在產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展過(guò)程中，國(guó)外技術(shù)相對(duì)成熟，已經(jīng)推出了商業(yè)化產(chǎn)品，而國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平還有待進(jìn)一步提高。例如，美國(guó)?Zincfive?公司的鋅錳電池和鎳鋅電池已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化的效果；法國(guó)?Sunergy?公司的產(chǎn)品壽命可以達(dá)到?2?000?次左右。國(guó)內(nèi)的二次鋅電池技術(shù)還處于研發(fā)階段。例如，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的二次鋅電池開(kāi)始走近了商業(yè)化的道路，逐步推出新的產(chǎn)品。由于極高的安全性，鋅電池未來(lái)可用于對(duì)安全性要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景，且與鋰電池和鉛酸相比的優(yōu)勢(shì)比較明顯（圖?5）。

光大證券的儲(chǔ)能行業(yè)研究報(bào)告中顯示，2020—2060?年儲(chǔ)能行業(yè)的投資市場(chǎng)累計(jì)可達(dá)?122?萬(wàn)億元人民幣（圖?6），而鋅電池大約具有?30%?數(shù)據(jù)份額的發(fā)展空間。未來(lái)鋅電池的發(fā)展有望占據(jù)目前鉛酸電池很大一部分市場(chǎng)，不僅可用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和大規(guī)模儲(chǔ)能電站，還可在太空、深海等極端環(huán)境下使用。 

松山湖材料實(shí)驗(yàn)室瞄準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)難題，圍繞新能源材料領(lǐng)域發(fā)揮產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化引領(lǐng)作用

晶硅太陽(yáng)能電池關(guān)鍵材料技術(shù)研發(fā)

夯實(shí)基礎(chǔ)研究。松山湖材料實(shí)驗(yàn)室高效晶硅太陽(yáng)能電池團(tuán)隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱“晶硅團(tuán)隊(duì)”）自?2009?年起，圍繞降本增效和綠色制造兩大要點(diǎn)，針對(duì)晶硅電池如何提升光的吸收和電的收集?2?個(gè)基本科學(xué)問(wèn)題，在晶硅表面陷光微納結(jié)構(gòu)及正背兩面電極接觸特性等方面展開(kāi)了持續(xù)研究，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果。特別是在制絨新工藝技術(shù)研究上，在納米銀、納米銅及銀銅聯(lián)合催化刻蝕制絨方面做出了重要原創(chuàng)性工作。以深刻揭示黑硅制絨機(jī)理為基礎(chǔ)，發(fā)展了多種黑硅絨面結(jié)構(gòu)的調(diào)控方法，并發(fā)表了一系列具有影響力的學(xué)術(shù)論文，受到國(guó)內(nèi)外光伏企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。同時(shí)，將基礎(chǔ)研究的目光著眼于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，研究從小片實(shí)驗(yàn)到大片批量試驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，評(píng)估技術(shù)的可量產(chǎn)性，并以控制成本為準(zhǔn)繩，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。注重核心技術(shù)的專利保護(hù)，在制絨及黑硅電池領(lǐng)域申請(qǐng)專利?50?余項(xiàng)，形成完整的單多晶黑硅電池核心專利技術(shù)體系。

積累產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)。在完成前期基礎(chǔ)研究和技術(shù)儲(chǔ)備后，晶硅團(tuán)隊(duì)于?2016?年迎來(lái)了發(fā)展的契機(jī)——硅片“金剛線切割”技術(shù)的到來(lái)進(jìn)一步降低了光伏的發(fā)電成本，但同時(shí)也對(duì)傳統(tǒng)的制絨技術(shù)提出了新挑戰(zhàn)，黑硅技術(shù)恰好在解決起絨難點(diǎn)的同時(shí)提高了電池效率。晶硅團(tuán)隊(duì)緊抓這一機(jī)遇，在一年多內(nèi)完成了中試機(jī)的設(shè)計(jì)搭建，以及中批量、大批量的驗(yàn)證，最終開(kāi)發(fā)出多晶黑硅制絨添加劑產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化推廣。該產(chǎn)品可有效提升電池效率?0.4%，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。黑硅制絨技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的經(jīng)歷，為晶硅團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)業(yè)化之路提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)積累，同時(shí)也暴露出關(guān)鍵短板——缺乏完整的中試線、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度緩慢等。

構(gòu)建全鏈條發(fā)展模式。晶硅團(tuán)隊(duì)在進(jìn)駐松山湖材料實(shí)驗(yàn)室后，第一時(shí)間搭建了高效晶硅太陽(yáng)能電池新工藝研發(fā)中試線，為開(kāi)展變革性工藝的小試驗(yàn)證及中試放大提供了可靠的平臺(tái)，從而構(gòu)建了從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)的全鏈條發(fā)展模式。晶硅團(tuán)隊(duì)以已有的先進(jìn)表面制絨技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步拓寬研究范圍；針對(duì)晶硅電池中的各種表面界面問(wèn)題開(kāi)展以應(yīng)用為導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究，利用中試線對(duì)各項(xiàng)原創(chuàng)性研究成果進(jìn)行快速量產(chǎn)性論證，并以產(chǎn)品的形式對(duì)基礎(chǔ)研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而形成了一套行之有效的基礎(chǔ)研究—量產(chǎn)驗(yàn)證—產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的研發(fā)模式。在這種全鏈條的研發(fā)機(jī)制引導(dǎo)下，目前晶硅團(tuán)隊(duì)已成功開(kāi)發(fā)出晶硅酸拋添加劑、堿拋添加劑和制絨添加劑等一系列濕法添加劑產(chǎn)品。同時(shí)，針對(duì)電池生產(chǎn)中的反射率、外觀檢測(cè)難點(diǎn)，成功開(kāi)發(fā)了具有測(cè)試面積大、精度高、速度快等優(yōu)勢(shì)的硅片反射率及外觀檢測(cè)儀，滿足了光伏產(chǎn)線上實(shí)時(shí)、快速、精準(zhǔn)檢測(cè)的需求。該團(tuán)隊(duì)以基礎(chǔ)研究為基石，以開(kāi)發(fā)可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的原創(chuàng)性產(chǎn)業(yè)技術(shù)為目標(biāo)，致力于進(jìn)一步提升我國(guó)光伏產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)光伏市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)的清潔能源戰(zhàn)略提供科技支撐。

高電壓鎳錳酸鋰正極材料及電池技術(shù)

新一代動(dòng)力電池正成為全球競(jìng)逐的焦點(diǎn)，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室鋰離子電池材料團(tuán)隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱“鋰電團(tuán)隊(duì)”）重點(diǎn)突破高電壓鎳錳酸鋰材料產(chǎn)業(yè)化及電池應(yīng)用技術(shù)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了高電壓鎳錳酸鋰全電池的長(zhǎng)循環(huán)壽命。

攻克材料基礎(chǔ)科學(xué)難題，布局鎳錳酸鋰電池核心專利技術(shù)。2019?年起，鋰電團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新的表面改性方法，合成了表面穩(wěn)定的鎳錳酸鋰正極材料，結(jié)合耐高壓電解液開(kāi)發(fā)、正極輔助材料改性、黏結(jié)劑優(yōu)化等，極大提升了高電壓鎳錳酸鋰電池在高溫高壓下的循環(huán)性能。鋰電團(tuán)隊(duì)注重核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，以鎳錳酸鋰電池相關(guān)的材料技術(shù)為核心，進(jìn)行了較為完善的專利布局，目前已授權(quán)和申請(qǐng)中的專利累計(jì)?50?余項(xiàng)，形成了較為完整的鎳錳酸鋰電池核心專利技術(shù)體系。鋰電團(tuán)隊(duì)的“第三代鋰離子動(dòng)力電池”項(xiàng)目晉級(jí)?2021?年粵港澳大灣區(qū)高價(jià)值專利培育布局大賽初創(chuàng)組?50?強(qiáng)。

突破關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料—極片—電池全鏈條的創(chuàng)新技術(shù)開(kāi)發(fā)。基于高電壓鎳錳酸鋰正極的第三代動(dòng)力電池兼具磷酸鐵鋰電池的高安全性和三元正極電池的高能量密度特點(diǎn)；不用鈷，且鋰用量也比磷酸鐵鋰電池節(jié)約?40%?以上、比三元電池節(jié)約?20%以上，這在經(jīng)濟(jì)性和供應(yīng)鏈安全方面至關(guān)重要。對(duì)于正電極片生產(chǎn)所涉及的勻漿、涂布、輥壓等工藝和設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，鋰電團(tuán)隊(duì)研發(fā)出單體電池，其能量密度與磷酸鐵鋰電池相比已提升?40%?以上。目前，鋰電團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的鎳錳酸鋰材料與石墨組成的動(dòng)力電池循環(huán)次數(shù)超過(guò)?3?000?次，達(dá)到了新能源汽車應(yīng)用的要求，遠(yuǎn)高于國(guó)際上已報(bào)道的?500?次左右的循環(huán)數(shù)據(jù)，并且該材料的低溫性能優(yōu)越，-25℃?下放電仍保持?94%?的容量。2020?年，在世界新能源汽車大會(huì)上，“高電壓鎳錳酸鋰正極材料及電池技術(shù)”被評(píng)為?7?項(xiàng)前沿技術(shù)之一。

產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊，首次實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)鎳錳酸鋰材料中試產(chǎn)線建設(shè)。目前，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室鎳錳酸鋰材料中試線已建成投入運(yùn)行，該中試產(chǎn)線具備?500?kg?級(jí)生產(chǎn)能力，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)（＞5?000?次）鎳錳酸鋰材料的批量化生產(chǎn)。鋰電團(tuán)隊(duì)的中試電池線有力推進(jìn)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，通過(guò)新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，推出新一代動(dòng)力電池，助力新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

鋅基電池技術(shù)研發(fā)

全鏈條發(fā)展模式要經(jīng)歷從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)的跨越，所需的生態(tài)和環(huán)境比較復(fù)雜，并且充滿挑戰(zhàn)性。中國(guó)科學(xué)院物理研究所的鋰電池全鏈條創(chuàng)新模式為松山湖材料實(shí)驗(yàn)室鋅基電池發(fā)展模式提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

重視原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究。松山湖材料實(shí)驗(yàn)室柔性及鋅基電池團(tuán)隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱“鋅電團(tuán)隊(duì)”）多年來(lái)致力于水系鋅基電池的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，在能量存儲(chǔ)機(jī)制、電極材料、超韌電解質(zhì)、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面積累深厚，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表了一系列高水平研究論文，積累了大量專利。2018?年底，在松山湖材料實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展鋅基電池產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化工作，重點(diǎn)集中在電芯制備方法探索，同時(shí)在提高正極負(fù)載量、調(diào)配電解液、裝配工藝優(yōu)化等方面投入人力物力。

從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)不斷探索，隨著制片工藝、卷繞工藝、全電池制作工藝的成熟，以及新開(kāi)發(fā)的鋅電極配方和添加劑的應(yīng)用，鋅電極及全電池性能尤其是循環(huán)壽命取得顯著提升；其中，AA1200?型圓柱鋅電池?1C?全充放循環(huán)壽命提升至?400?次水平，個(gè)別電池甚至可以突破?500?次大關(guān)，相較市場(chǎng)現(xiàn)有的?100—200?次壽命的電池有較大進(jìn)步。此外，基于獨(dú)家配方的鋅電極，使得放電平臺(tái)也更具優(yōu)勢(shì)，同比市場(chǎng)現(xiàn)有電池高約?20?mV。同時(shí)，鋅電團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)?2?款不同容量的方塊鋅基電池，容量分別可以達(dá)到?15 Ah?和?55 Ah。初步預(yù)估?55 Ah?電池的重量能量密度將達(dá)到?85 Wh/kg，體積能量密度達(dá)到?200 Wh/L。

產(chǎn)業(yè)化中試生產(chǎn)線正在推進(jìn)。通過(guò)深入分析鎳氫和鎳鉻電池產(chǎn)線的特點(diǎn)，參考鋰離子電池生產(chǎn)線對(duì)一些先進(jìn)設(shè)備的運(yùn)用，摸索出一條適合鋅基電池生產(chǎn)的產(chǎn)線方案。截至目前，正極配料—制漿—制片線（圓柱?&方形共用）已經(jīng)全線貫通，負(fù)極配料—制漿—制片線（圓柱&方形共用）也已基本調(diào)試完成，投入使用。圓柱裝配線大部分也已就位，接近調(diào)試尾聲，已初步具備生產(chǎn)能力。方形裝配線采用人工較多，目前處于手工+機(jī)器制作階段，尚需改進(jìn)。未來(lái)還將不斷提升產(chǎn)線效率，結(jié)合產(chǎn)品參數(shù)和工藝參數(shù)不斷優(yōu)化電池的性能，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性；并對(duì)產(chǎn)線的自動(dòng)化不斷升級(jí)迭代，以期以更高效的方式生產(chǎn)出批量?jī)?yōu)質(zhì)產(chǎn)品。? 

粵港澳大灣區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對(duì)策

作為粵港澳大灣區(qū)的兩個(gè)重要節(jié)點(diǎn)城市，深圳和東莞匯集了全國(guó)最多的新能源企業(yè)，也聚集了新能源產(chǎn)業(yè)的各種應(yīng)用場(chǎng)景，從國(guó)家層面布局國(guó)際一流的科研中心與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化高地適當(dāng)其時(shí)。為此，特提出?2?點(diǎn)建議。

支持高水平研發(fā)機(jī)構(gòu)的發(fā)展。以松山湖材料實(shí)驗(yàn)室為例，它是廣東省首批啟動(dòng)建設(shè)的省實(shí)驗(yàn)室之一，是松山湖科學(xué)城“四梁八柱”體系的重要支撐平臺(tái)；作為參與大灣區(qū)綜合性國(guó)家科學(xué)中心先行啟動(dòng)區(qū)建設(shè)的重要科研平臺(tái)與體制機(jī)制創(chuàng)新的試驗(yàn)田，該實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新樣板工廠相關(guān)團(tuán)隊(duì)正在著力打造基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究轉(zhuǎn)化的鏈條，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)高效晶硅太陽(yáng)能電池、鋰離子動(dòng)力電池、鋅基儲(chǔ)能電池等新能源產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。

打造集群式發(fā)展模式。粵港澳大灣區(qū)擁有完備的制造業(yè)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)配套能力，在國(guó)家大科學(xué)裝置建設(shè)和產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展等方面形成了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；可通過(guò)打造園區(qū)式的集群創(chuàng)新工場(chǎng)發(fā)展模式，聚集國(guó)內(nèi)外一流的科學(xué)家與一大批企業(yè)共同合作，推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進(jìn)步。

（作者：邱細(xì)妹 松山湖材料實(shí)驗(yàn)室；王燕 松山湖材料實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院物理研究所；呂海明 松山湖材料實(shí)驗(yàn)室；徐堅(jiān) 廣東松湖之材產(chǎn)業(yè)育成中心有限公司； 武懌達(dá)、馬曉威，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室；支春義 松山湖材料實(shí)驗(yàn)室、香港城市大學(xué)；杜小龍、黃學(xué)杰，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院物理研究所；《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）

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