新能源汽車浪潮下的鋰電池實驗室裝備革新
2023年，中國汽車行業蓬勃發展，特別是新能源車市場迎來了顯著增長，為2024年的新起點帶來了希望。在今年的兩會上，鋰電產業鏈成為了熱議話題。國務院總理李強在政府工作報告中多次提及鋰電產業鏈上下游的重要性，強調了其在中國新能源汽車產業發展中的關鍵作用。代表們紛紛提出了關于鋰電產業的建議和提案，包括海外市場拓展、廢舊電池資源回收利用、碳足跡核算等議題。
贛鋒鋰業董事長李良彬提出應該多措并行，提前布局海外市場，推動鋰電池在重卡、船舶等領域的發展。寧德時代新能源科技股份有限公司董事長曾毓群則提出了四份提案，涉及新能源電池標準技術、管理政策優化等方面。此外，還有中創新航董事長劉靜瑜、天能控股集團董事長張天任、華友鈷業董事長陳雪華等來自不同行業的代表提出了關于碳足跡核算、供應鏈韌性建設等重要議題的建議。
隨著中國鋰電池產業在全球市場中逐步占據主導地位，中國已成為世界上最大的鋰離子電池生產國。兩會期間鋰電產業鏈的發展受到高度關注，進一步表明了中國在新能源汽車產業發展中的決心和意愿。其制造商在推動創新和滿足能量存儲解決方案不斷增長的需求方面發揮著主導作用。
圖1 中國鋰電池市場需求預測 來源：BCG《全球動力電池產業鏈可持續發展評估》（2024年1月）
新興技術助力鋰電產業可持續發展
中國科學院院士江桂斌在接受《中國科學報》采訪時指出，隨著中國新能源發展迅速，尤其是儲能產業的崛起，對鋰資源需求大幅增加，但同時也帶來了鋰污染風險。缺乏相關環境賦存數據和深入研究，使得鋰污染問題尚未得到有效解決。他建議加強鋰污染監測、基礎研究，并提出了源頭管控、廢舊鋰電池回收等多項對策。此外，他還強調了在推動新能源發展的同時，應注意可再生能源的生態環境影響，并呼吁加強相關研究以實現我國新能源高質量發展。
對于鋰電池制造行業來說，可持續性和環保考慮日益成為重要目標。麥肯錫指出，全球對鋰離子電池的需求已經增加了一倍以上，預計到2030年，鋰離子電池供應鏈的價值將達到4000億美元以上。因此，有效回收廢舊電池中的金屬對于節約成本、提高效率以及減少對環境的影響至關重要。相關制造商和實驗室都在不遺余力地探索和創新，以推動鋰電池行業朝著更加環保和可持續的方向發展。
例如特斯拉在鋰電環保方面采取了多項措施。公司推動電池回收和再利用技術的發展，建立循環經濟模式。他們不僅研發新型電池技術，還注重供應鏈可持續性，要求供應商符合環保標準。此外，特斯拉積極推廣清潔能源，如太陽能和儲能解決方案，以減少對環境的影響。這些舉措使得特斯拉在環保方面成為行業的引領者。
中國香港鋰電池科技公司GRST正在開發一種環保水基技術，可以將廢舊電池溶解在水中，以獲得構成陰極和陽極的所謂黑色貴重金屬，而且回收過程可減少80%的溫室氣體排放。該公司希望未來2年籌集5000萬美元，以提高其在浙江省的電池廠的產量。從長遠來看，GRST公司希望將其水基粘合劑和回收技術租借給電池制造商，從而為未來的技術研發升級獲得更多資金。
在去年的碳中和能源高峰論壇上，清華大學深圳國際研究生院副教授周光敏報告了退役鋰電池電極材料修復和再利用方面的研究工作。他表示，面對資源緊缺和環境污染的挑戰，退役鋰電池潛在的資源價值和環境風險。針對火法和濕法回收存在的問題，他提出了直接回收的策略，并介紹了通過摻雜和表面包覆等方法實現對失效電極材料的修復和升級，以及內部閉環回收的概念。這些工作不僅有助于減少資源浪費和環境污染，還能提高電池的利用率和經濟效益，為清潔能源和電動車等領域的發展提供了重要支持。
圖2 瑞典查爾姆斯理工大學化學與化工系副教授 Martina Petranikova團隊近期則提出一種從廢舊電池中回收金屬的新方法，可回收電池中100%的鋁和98%的鋰，同時還能夠將鎳、鈷、錳等稀有金屬原材料損失降到最低。
政府支持鋰電產業發展的政策舉措
中國政府支持鋰電產業發展的政策舉措包括技術創新和產業升級、產業布局和資源整合、財政支持和政策扶持、以及產業監管和標準體系建設。這些舉措旨在推動鋰電產業的科技創新、產業升級和市場拓展，為其快速發展提供保障，同時提升了中國在全球鋰電產業鏈中的地位。
3月13日，國務院對外印發《推動大規模設備更新和消費品以舊換新行動方案》（簡稱《行動方案》），《行動方案》明確，這一輪大規模設備更新和消費品以舊換新，將堅持市場為主、政府引導，將制定修訂節能降碳、環保、安全、循環利用等領域標準，統籌考慮企業承受能力和消費者的接受程度。隨著高質量發展深入推進，設備更新需求會不斷擴大，初步估算將是一個年規模5萬億以上的巨大市場。
據電池網不完全統計，1-2月，電池新能源產業鏈共有44個新的項目投資計劃發布，其中，38個項目公布投資金額，累計投資額達1674.59億元。 從項目布局的特點來看，頭部企業布局依然謹慎、儲能布局依舊火熱、新一代電池項目加速落地。
圖3 工信部發布《新能源汽車動力電池綜合利用管理辦法（征求意見稿）》
?????? 2023年12月，工信部發布《新能源汽車動力電池綜合利用管理辦法（征求意見稿）》明確，汽車生產企業應承擔裝機的動力電池回收主體責任，電池生產企業承擔直接銷售至市場（如電池租賃運營機構等）的動力電池回收責任，梯次利用企業承擔生產的梯次利用產品回收責任。
2023年12月27日，國家發展改革委發布《產業結構調整指導目錄（2024年本）》。其中，廢舊動力電池回收再利用作為一項重要技術，被列入鼓勵類目錄。
除了國家級政策以外，各省市也在積極發布計劃響應，2023年12月26日，山東省人民政府發布《山東省新能源汽車產業高質量發展行動計劃》，《計劃》明確加快推動新能源汽車循環產業發展，重點支持新能源汽車回收、動力電池梯次利用與回收拆解。2023年10月27日湖北省人民政府辦公廳發布《省人民政府辦公廳關于印發湖北省汽車產業轉型發展實施方案 （2023-2025年）的通知》，全國各個省市均于近期發布相關產業支持政策。
優質的實驗室設備助力鋰電行業創新發展
新能源汽車的發展離不開鋰電池技術的進步。當前，鋰電池正朝著更高的能量密度、更長的循環壽命以及更快的充放電速度發展。這些技術突破的背后，是無數科研人員在實驗室中的辛勤工作和創新探索。而在這一過程中，高效、精確的實驗室設備起到了不可或缺的作用。
離心機
在鋰電池研發中，離心機具有多重意義。首先，它在電極材料制備過程中通過去除氣泡和雜質，使電極材料更均勻、致密，提高電極性能。其次，離心機在分離固液相、電解質注入等工藝中的應用有助于提高電池組件的制備效率。此外，離心機還可用于優化電池的循環壽命，處理電池中的懸浮固體顆粒，降低固體顆粒對循環壽命的影響。在電池材料研發階段，離心機也發揮著材料分選的作用，幫助提取目標物質進行更精確的實驗和測試。
電導率多參數臺式測量儀
電導率多參數臺式測量儀在鋰電池研發中的作用十分重要。它通過測定電解質和電池組件材料的電導率，為優化電池導電性能提供關鍵信息。這種儀器還支持新材料研究，預測電池循環壽命，并幫助制定質量控制標準，確保產品性能一致。
循環冷卻器
在鋰電池研發中，循環冷卻器主要意義體現在熱管理、循環壽命延長、功率密度提升、溫度均衡和安全性增強等方面。通過循環冷卻器的應用，可以有效管理電池的溫度，防止過熱，提高電池的性能和壽命。此外，循環冷卻器有助于提升電池的功率密度，使其更適用于高功率需求的應用。維持電池內部溫度均衡和減小潛在的安全風險也是其關鍵作用。
純水儀
在鋰電池研發中，超純水具有至關重要的作用。通過去除水中的幾乎所有雜質，包括離子和有機物，超純水確保了電池制備和實驗過程的潔凈。這不僅提高了實驗的準確性和可重復性，還有助于延長電池的循環壽命。同時，超純水的使用保持了電極材料的高純度，確保電解質的穩定性簡而言之，超純水在鋰電池研發中是一項關鍵因素，為研究人員提供了一個優質的實驗基礎。純水儀的選擇應當能夠滿足實驗標準，確保水質的純凈度符合實驗需求。其次，考慮實驗室每天的水需求，選擇產水率適中的設備，以提高實驗效率。
管式爐
在鋰電池生產中，管式爐主要用于電極材料和電解質的熱處理過程，包括燒結、涂覆和退火處理等關鍵步驟。通過管式爐的應用，電極材料的結晶度和電導率得以提高，電池的能量密度和循環壽命也得以改善。此外，管式爐還可用于碳納米管的生長過程，以提高電極材料的性能。
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為滿足對鋰電池日益增長的需求，中國制造商采用新興的生產技術和自動化技術。先進的制造工藝，如卷對卷電極生產、自動化電池組裝和激光焊接，提高了生產效率、精度和一致性。機器人和人工智能（AI）系統的引入徹底改變了中國的鋰電池工廠生產線。機器人被用于材料處理、電池堆疊和質量控制等任務，減少了人為錯誤，提高了生產效率，并確保了標準化的生產。通過采用這些新興的生產技術和自動化技術，中國的鋰電池制造商可以簡化其運營，優化資源利用，并提高生產能力以滿足不斷增長的市場需求。
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