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锂电及其化学品创新思考

发布时间: 2022-08-09 17:34:36   试剂信息网

中国石油和化学工业联合会副会长傅向升

 

摘要: 锂电及其化学品的发展与创新是石化产业转型升级的重要领域和方向,是为新能源汽车、高端制造、战略新兴产业等配套的重要产品。

锂电化学品是石化产业转型升级方向

锂电及其化学品的发展与创新是石化产业转型升级的重要领域和方向,是为新能源汽车、高端制造、战略新兴产业等配套的重要产品。我们最早接触锂电的概念是通过手机。锂电是第一代手机用电池镍氢电池的换代产品,因为锂电比镍氢电池充放电更便捷,尤其是容量更大、待机时间更长、充放电没有记忆,安全性也更好,因此很快就取代了原来的镍氢电池。

今天谈锂电更多是与新能源汽车有关,更是与纯电动车密切相关,新能源汽车是当前和未来一段时期国内外高度关注的焦点和发展的重点。一方面是因为应对大气污染,燃油车行驶过程中会有大量尾气排放,大气中温室气体含量不断增加,导致地球气温上升、气候变化,而新能源汽车不存在大量尾气排放的问题;另一方面是为应对人类对化石资源的依赖和过度消耗,石油天然气煤炭等化石资源的有限论,尤其是石油枯竭论始终伴随着大规模工业化和经济的快速发展,而新能源汽车行驶过程中不消耗传统的汽油或柴油,即新能源汽车行驶过程中不消耗化石燃料及化石资源。因此,发达国家都制定了传统燃油车退出市场和禁售的时间表,在德国、法国等成员国已宣布禁售燃油车时间表的基础上,6月8日欧盟议会正式通过欧盟委员会2021年7月提出“从2035年开始在欧盟境内停止销售新的燃油车、包含混合动力汽车”的立法建议,随后大众、奔驰等先后表态支持这一新的法规,奥迪决定2026年不再推出燃油车的新车型、2033年起停止生产传统的燃油车;奔驰表示2025年起在欧洲市场只销售电动车,全球市场的燃油车退出不晚于2039年;宝马计划2030年至少一半销量属于纯电动车;梅赛德斯—奔驰表示“公司已准备好2030年之前销售100%的电动汽车”。因此,今天谈锂电更多的是与电动汽车密切相关。

中国近年来一直是新能源汽车年产量最大、增速最快,新能源汽车行驶数量最多、发展最快的国家。自2008年底启动“十城千辆”新能源汽车示范工程以来,据中国汽车工程学会统计2015年上半年中国新能源汽车总销量已超过7.27万辆,比美国同时的销量多2万辆,中国已成为全球最大的新能源汽车市场。据中国汽车工业协会统计,2021年底我国新能源汽车的保有量约784万辆,比上年度增加了约292万辆,同比增长约59.3%;去年我国新能源汽车的产量367.7万辆,今年前5个月我国新能源汽车的产销量双双超过200万辆,产销同比均增长1.1倍。其中,纯电动汽车的产量164.2万辆、销量158.6万辆,同比均增长1倍。新能源汽车、电动车正在成为我国新的经济增长点、增长极,更是我国转型和产业结构升级的重点领域,今天在座的很多从事锂电化学品的企业未来都应当拥有广阔的发展前景,已经从事锂电化学品及其与锂电化学品产业链相关的生产和研发的企业近几年的效益都不错,这些企业家都是独具慧眼和前瞻性的。当然,希望大家在目前赚大钱的同时,要看到还存在一些挑战和瓶颈制约,这实际上就是我们未来创新的方向。

锂电性能还存在明显短板

跟现有的燃油车相比,锂电车主要表现在充电时间长、行驶里程短,充电时间比加一箱油要长很多,这一问题正在通过换电池组来解决。行驶里程短一直是电动汽车最大的制约,低温环境中行驶里程更是大幅缩水,我跟很多开电动车的师傅和朋友都做过交流,一次充满电也就是200~300公里。

为什么特别讲充电的问题和行驶里程的问题呢?因为我觉得这跟我们的锂电化学品有关,会不会跟化学组分有关?跟化学品的纯度也有关?

2017年10月,我曾带队到LG化学和SK创新中心访问和交流,这两家的创新总部都在首尔附近的大田市,称为“韩国的硅谷”。LG化学给我最深的两点印象是电动汽车的电池和液晶显示材料,现场向我们展示了电动汽车的电池,是一辆电动汽车底盘上的电池组,还特意播放了一段视频:是这组电池的电动汽车参加新能源汽车拉力赛的视频,这辆车当年获得了冠军。因此对方跟我们访问团讲,“LG化学的新能源电池性能是世界最好的,正负极材料都是自己配套的,现代、沃尔沃、通用、福特、奥迪等都用他们的电池,当时全球有60万辆车用LG的电池”,我估算了一下约占当时世界行驶电动汽车的一半,他们认可。对方还告诉我们:下一年将开始生产第三代锂电池,我问第三代一次充电行驶里程,他们说将达到500公里。我还跟他们探讨:国内都在研究纳米材料用于新能源电池,他们的电池性能这么好,是否使用了纳米材料?他们说:纳米材料的应用正在试验,但他们当时的电池组是用了碳纳米管。

当天下午我们又到了隔壁的SK创新中心,SK也向我们介绍了很重视电动汽车用锂离子电池及其材料的研发,是韩国第一家、世界第三家开发成功锂离子电池核心材料——分离膜的企业,2005年底第一条生产线投产,我们交流时有9条生产线正在生产专用分离膜和电动汽车电池专用的耐热分离膜,SK还讲他们是首家高能量密度三元系材料锂离子电池制造企业,与现代汽车、北汽、戴姆勒等汽车企业都有合作。当前锂电化学品产能扩张势头强劲

近年来因为新能源汽车的快速发展,又加上去年下半年以来产品价格大幅上涨。看一组与锂电化学品相关的产品价格变化:碳酸锂去年12月份的高点23.26万元/吨、全年均价上涨157.3%,今年二三月份冲高到52万元/吨。磷酸铁锂去年1月份均价3.775万元/吨,然后一路走高、12月份到了9.26万元/吨,今年4月份再次升到了15.9万元/吨。六氟磷酸锂去年1月份均价11.325万元/吨,也是一路走高、4月份过20万元/吨、6月份高于33.5万元/吨、8月份高于42.3万元/吨、10月份过51万元/吨、12月份达到56.5万元/吨,今年2月份冲高到59万元/吨,5月份回落到27.2万元/吨。跟锂电化学品密切相关的有色金属镍、锂、铜等也是价格一直走高,去年镍的均价是13.756万元/吨,今年1月16.4万元/吨起步、3月份过20万元/吨、4月份接近22.5万元/吨、5月份回调到20.6万元/吨。锂去年均价12万元/吨,今年1月份32万元/吨起步、3月份达到49万元/吨、5月和6月份都在47万元/吨。

正是这种价格的大幅提升,很多企业似乎看到了新的商机,锂电化学品的新建产能量大、增速快,以磷酸铁锂为例,有一份统计去年以来已宣布的磷酸铁新建产能就有500万吨/年、磷酸铁锂新建产能超过300万吨/年(有的统计更高达490万吨/年),更让人担心的是有的企业属于新进入这一领域。有以锂电正极材料磷酸铁锂为主导产品并主导市场的企业扩产。还有像我们熟悉的原来主导产品是磷酸盐、磷肥的企业,如云天化、兴发、宜化、新洋丰等磷化工企业,或者像多氟多这样多年做氟化工的企业、或者像鲁北化工这样既是磷肥老企业、又有硫酸法钛白生产,产品链已经延伸到了磷酸铁锂等这样的锂电化学品,有即有产品的基础,又可以使钛白粉生产过程的副产品硫酸亚铁增值利用,同时还解决了环保难题,这样的企业做产品链延伸还是有基础、有优势的。在市场和价格的驱动下,有一批原来不是做磷化工、氟化工的企业也要跨界进入这个产业,甚至有的已经宣布拟建和新建规模很是宏伟。这种新建、产能还如此之大,过几年产能是否过热先不说、存不存在冲动?

建议新建或拟建的企业还是要很好地科学论证,不仅要论证未来的市场,还要论证原料的来源和供应链安全,我们的锂资源、磷资源以及铁矿石资源的保供问题不容回避;不仅要论证现有的技术、产品的品质,还要论证如果电动汽车现在表现出的致命短板不能解决的话?目前大量使用的锂电会不会被性能更加优越的新的电池材料、新的新能源电池用化学品取代?更为致命的是会不会发生颠覆性的取代?比如更先进的氢能汽车:如果绿氢的制备技术和成本都过了关,如果氢燃料电池的技术、膜材料及其电堆技术和成本都过了关?这不是危言耸听,光伏和风电等绿电电解水制氢宝丰能源第一套1万立方米/时已运行了一年多,第二套2万立方米/时的装置即将投产。去年我在宁东煤化工基地现场看了投用的加氢站,是用一家煤焦油加氢工厂的副产氢气,正在为一辆大客车加氢,价格是16.8元/千克,几分钟就加好了。

自然光催化分解水制氢三菱化学和东京大学不仅实验室结果在不断提升,而且东京大学100平方米的模型试验也取得了阶段性成果。在三菱化学已经展示给我们看了碳纤维复合材料制作的氢能汽车的氢气瓶,我们国际石化大会期间丰田专门交流了他们已经试运行的氢燃料汽车,商品牌号:Mirai,有迷你款,也有外观和乘用空间与现在路面跑的雷克萨斯L型车相似,3分钟加满一箱氢气、最高续航里程850公里。讲这么多,就是想与锂电化学品的朋友们分享一些信息,尤其是与目前集中规划、集中建设和大规划、大建设的企业朋友们交流一些信息,仅供同志们新建和扩建新产能、新项目时参考,尤其是在项目论证时参考。

创新对锂电及其化学品至关重要

上面谈到现在锂电的使用性能还存在致命的短板,只有通过创新来解决。创新也是做强主导产业、做强主导产品、做强企业核心竞争力的关键要素,更是锂电化学品健康发展关键中的关键、核心中的核心。

锂电当前存在的致命短板,能不能通过锂电正极、负极材料这些基础材料的纯度、质量的创新、提纯、纯净来实现呢?当然还可以通过组成锂电的多元组分、纳米材料、或者稀有元素等的创新和应用来实现。

创新是无止境的,6月19日,我看到一个最新的消息:美国有一个公司ONE(Our Next Energy),已经并掌握了一种“双化学电池技术”,其续航里程600英里即966公里。为什么叫“双化学电池技术(Dual-Chemistry Battery)是因为这款电池中包含两种类型的电池组,一边是磷酸铁锂电池、一边是采用能量密度更高的化学成分,能够储存更多的能量,因此续航里程更长。ONE还同时宣布已与宝马集团签署协议,将应用于纯电动宝马iX车上,这款续航近千公里的纯电动车今年底前将完成测试。ONE还宣布:这一长续航技术锂的使用量将减少20%、石墨的使用量减少60%,并最大限度减少了镍和钴的使用量。

颠覆性的技术出现也许并不遥远,6月22日又看到一位多年耕耘创新的老先生转的消息:以色列已经研发成功称为“闪充”的汽车专用蓄电池,每次充电只需5分钟,续航可达460公里,是一种新型固体复合材料,其重量比锂电池还轻,已经试验成功,并有汽车行驶的图像资料。因此以色列政府宣布:2025年前停止所有燃油车,全部使用电动汽车。

我们现在很多企业都在新建和扩建新的产能、新的装置,一定不能低水平重复,新投产的装置一定要收率更高、单耗更低、排放更低,新装置生产出来的产品一定要品质更好、纯度更高,电池的性能更好。我们生产锂电化学品的企业创新的思路上也要开阔一些,不能局限于我们的工厂或装置生产出了符合标准、符合企业需要的产品就行了,这是基本要求、是最基础的,我们还要研究我们的产品用于锂电以后、组装出的锂电的性能如何?是比别的厂家好还是差?好与差的原因是什么?怎么造成的?是我们的产品质量的原因、还是锂电生产企业组装过程的问题?并且找出解决问题的办法,与锂电企业共同改进提升,这就是全产业链创新、也是协同创新的具体做法,这样的创新要是做好了何愁没有客户?何愁没有稳定的客户?我发现很多跨国公司在与客户携手创新、为客户提供一揽子解决方案的做法值得我们借鉴。

当然,锂电化学品领域创新的内容还有很多,尤其是通过创新推动锂电化学品的高端化、差异化、超纯化与低碳化等都还有很多内容等着我们去创新。锂电化学品生产企业的智能化与数字化也需要不断创新。锂电化学品作为高性能化学品的重要部分,其新技术、新工艺和新设备的应用与创新也很重要,如微反应器及其技术、超重力和超临界等反应与提纯技术等,对锂电化学品的反应收率、超纯超净、节能降碳都将是明显的。

锂电化学品是为新能源电池行业配套的重要材料和产品,产品的高端化、差异化和高性能化,不仅对新能源汽车行业重要,对储能领域、高端制造业以及航天航空、甚至是国防军工都是不可或缺的。随着新能源汽车的快速发展及其拥有量的持续增加,锂电报废以后的问题将日益凸显,为了解决生态环境问题、为了解决镍钴锰等贵金属短缺问题,更是为了新能源汽车行业的可持续发展,从事锂电化学品的企业、企业家和创新人员,能不能也把报废锂电的材料回收和贵金属的循环利用作为一个重点研发课题?为了新能源电池行业的绿色可持续发展、为了我国战略新兴产业的高质量发展作出我们新的、更大的贡献。