福建省儲能電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線與創(chuàng)新路徑*

歐凱 李雨 吳川 王亞雄

一、儲能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）現(xiàn)有基礎(chǔ)

在政府推動以及多方力量協(xié)同作用下，福建省儲能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展日見成效。一是政策支持方面。自2020 年來，福建省陸續(xù)出臺儲能電池產(chǎn)業(yè)利好政策，支持并培育儲能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2020 年，《進(jìn)一步加快新能源汽車推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展推動“電動福建”建設(shè)三年行動計(jì)劃(2020—2022 年)》出臺，為打造儲能電池產(chǎn)業(yè)集群提供支持。2021 年，《福州都市圈發(fā)展規(guī)劃》出臺，支持新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，做大做強(qiáng)鋰電池產(chǎn)業(yè)。2022 年，《關(guān)于加快推動鋰電新能源新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施意見》出臺，對鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)能以及產(chǎn)值做出了規(guī)劃。二是研發(fā)力量方面。福建省擁有多家高能級創(chuàng)新中心，研究方向涵蓋了儲能電池產(chǎn)業(yè)鏈的上中下游。電化學(xué)儲能技術(shù)國家工程研究中心重點(diǎn)針對高能量密度電池、電池管理系統(tǒng)核心算法等行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)開展研究。中國福建能源器件科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室針對儲能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，主攻新儲能材料化學(xué)體系、新儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程、新儲能系統(tǒng)應(yīng)用場景三大方向。三是相關(guān)企業(yè)方面。福建省儲能電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成一批以寧德時(shí)代、廈鎢新能源等龍頭企業(yè)為代表的儲能電池企業(yè)。寧德時(shí)代深耕于儲能電池領(lǐng)域，已成為該領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)的頭部企業(yè)，儲能電池產(chǎn)量市占率全球第一。廈鎢新能源是國內(nèi)較早進(jìn)入鋰電池正極材料行業(yè)的企業(yè)之一，鋰電材料銷量排名全國前列。

（二）產(chǎn)業(yè)格局

福建省逐漸培育和發(fā)展了覆蓋儲能電池全產(chǎn)業(yè)鏈、具有明顯帶動效應(yīng)的龍頭企業(yè)，涵蓋了正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液四大關(guān)鍵材料、儲能電池系統(tǒng)及梯次利用等所有環(huán)節(jié)，基本形成了產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展格局。

從產(chǎn)業(yè)布局看，儲能電池產(chǎn)業(yè)在福建省不同地區(qū)和產(chǎn)業(yè)鏈不同位置的布局呈現(xiàn)明顯差異。在產(chǎn)業(yè)鏈上游，電池正極材料方面，作為正極材料龍頭，福建廈鎢新能源擁有海璟、海滄、三明、寧德等四個(gè)生產(chǎn)基地，寧德基地于2022 年啟動擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，擴(kuò)產(chǎn)后年產(chǎn)能可達(dá)9.5 萬t；電池負(fù)極材料方面，福建省三明市依托當(dāng)?shù)厥Y源優(yōu)勢，已布局一批電池負(fù)極材料項(xiàng)目，包括年規(guī)劃產(chǎn)能6 萬t 的福建翔豐華石墨負(fù)極材料生產(chǎn)基地等；隔膜方面，寧德卓高新材料致力于隔膜新材料研發(fā)與生產(chǎn)，其產(chǎn)品技術(shù)已位居國內(nèi)及國際領(lǐng)先水平；電解液方面，寧德國泰華榮已建成的項(xiàng)目年產(chǎn)能可達(dá)12 萬t，并將繼續(xù)推動建設(shè)三期年產(chǎn)40 萬t 鋰離子電池電解液項(xiàng)目，福州連江縣申遠(yuǎn)新材料一體化產(chǎn)業(yè)園建成投產(chǎn)后，將成為全球規(guī)模最大、品種最全的鋰電池電解液添加劑生產(chǎn)基地。在產(chǎn)業(yè)鏈中游，福建省儲能電池及系統(tǒng)的產(chǎn)能主要集中在寧德、廈門兩市，寧德?lián)碛幸?guī)劃產(chǎn)能45GWh 的寧德鋰電新能源車?yán)餅郴?、?guī)劃產(chǎn)能120GWh 的福鼎時(shí)代鋰離子電池生產(chǎn)基地等，廈門擁有年產(chǎn)能60GWh 中創(chuàng)新航廈門基地、規(guī)劃產(chǎn)能45GWh 的海辰儲能鋰電研發(fā)及智能制造項(xiàng)目等。在產(chǎn)業(yè)鏈下游，位于福州的福建時(shí)代星云的儲能應(yīng)用技術(shù)覆蓋光儲充檢一體化充電站、工商業(yè)儲能以及大型電力儲能等，位于寧德的國網(wǎng)時(shí)代(福建)儲能發(fā)展有限公司成功中標(biāo)了吉瓦級寧德霞浦儲能工程，建成后產(chǎn)值可達(dá)1.2 億元。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，福建省儲能電池產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展成以寧德時(shí)代為龍頭企業(yè)的新能源儲能電池產(chǎn)業(yè)集群，形成涵蓋儲能電池正負(fù)極材料、隔膜、電解液、儲能電池系統(tǒng)及梯次利用的全產(chǎn)業(yè)鏈。在國家政策引導(dǎo)下，福建省積極布局新材料、新能源等新興產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)大項(xiàng)目、規(guī)劃大基地，帶動產(chǎn)業(yè)鏈上下游配套產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)福建省產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化和結(jié)構(gòu)調(diào)整。

（三）存在的問題

1.儲能電池產(chǎn)業(yè)缺少針對性政策，發(fā)展動力不足

福建省缺少儲能電池產(chǎn)業(yè)的對口政策?，F(xiàn)有政策多聚焦于儲能電池的應(yīng)用場景方面，針對性有待提高。例如，《關(guān)于公布2022 年集中式光伏電站試點(diǎn)項(xiàng)目名單的通知》要求同步配套建成投產(chǎn)不小于項(xiàng)目規(guī)模10%(時(shí)長不低于2h)的電化學(xué)儲能設(shè)施；《福建省電力調(diào)峰輔助服務(wù)交易規(guī)則（試行）（2020 年修訂版）》鼓勵儲能設(shè)備、電站等以第三方提供調(diào)頻輔助服務(wù)。福建省對于儲能電池產(chǎn)業(yè)本身，缺少原材料、核心技術(shù)、人才儲備等方面的激勵性政策，政策支持力度不足，一定程度上制約了儲能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.產(chǎn)業(yè)上游原材料供不應(yīng)求，電池價(jià)格上漲

在“雙碳”背景下，新能源汽車及儲能行業(yè)快速發(fā)展，中國鋰電池市場正呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢。鋰電需求量暴增引發(fā)原材料供不應(yīng)求。電池原材料緊缺，價(jià)格隨之上漲。鈷、鋰、鎳、銅、六氟磷酸鋰、前驅(qū)體等電池上游原材料的價(jià)格較2021 年均翻倍增長。儲能電池生產(chǎn)成本增加，迫使生產(chǎn)企業(yè)調(diào)高價(jià)格。電池價(jià)格上漲導(dǎo)致儲能行業(yè)采購成本增加，儲能電池應(yīng)用利潤空間被壓縮，限制了儲能電池的應(yīng)用。同時(shí)，福建儲能電池產(chǎn)業(yè)上游還面臨著礦產(chǎn)資源短缺問題，電化學(xué)儲能需要開發(fā)新的路徑。

3.產(chǎn)業(yè)中游核心技術(shù)短缺，技術(shù)支撐不足

儲能電池產(chǎn)業(yè)中游核心技術(shù)主要包括電池封裝技術(shù)、電池管理技術(shù)、儲能系統(tǒng)集成技術(shù)。在福建省儲能電池產(chǎn)業(yè)中游核心技術(shù)儲備方面，寧德時(shí)代技術(shù)領(lǐng)先，已掌握多種核心技術(shù)。核心技術(shù)集中在一家企業(yè)上，不利于福建儲能電池產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。福建省儲能電池產(chǎn)業(yè)整體缺乏中游核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺少技術(shù)支撐。

4.產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用規(guī)模小，限制儲能應(yīng)用發(fā)展

在儲能電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，受儲能電池采購成本上漲影響，儲能市場投資收益率變低，且無法通過輸配電價(jià)、電力現(xiàn)貨等方式產(chǎn)生收益，導(dǎo)致儲能電池產(chǎn)業(yè)下游應(yīng)用規(guī)模較小。隨著福建省下調(diào)一般工商業(yè)電價(jià)，峰谷價(jià)差套利空間進(jìn)一步縮小。當(dāng)前，儲能電池產(chǎn)業(yè)下游發(fā)展條件較差，儲能項(xiàng)目還沒有形成合適的盈利模式，儲能應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大受限。

5.人才儲備不足，產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺少人才支撐

在儲能電池領(lǐng)域，福建省的企業(yè)數(shù)量和高學(xué)歷人才數(shù)量相較于北京、上海、廣東有較大的差距。廣東省上市的鋰電池企業(yè)共57 家，而福建省上市的鋰電池企業(yè)只有9 家，遠(yuǎn)多于福建省電池企業(yè)數(shù)目。2022 年底統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，作為福建省電池龍頭企業(yè)，寧德時(shí)代的碩博研究人員數(shù)量占比約20%，而同期的廣東省電池企業(yè)億緯鋰能，其碩博生研發(fā)人員數(shù)量占比約50%，即研究人員過半都是碩士或博士?？梢钥闯?，廣東省高學(xué)歷人才儲備量和密度都遠(yuǎn)大于福建省。因此，面臨儲能電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的新形勢，福建省原有人才隊(duì)伍已不能滿足需求。另外，高校人才培養(yǎng)與市場需求匹配度不高，導(dǎo)致福建省儲能電池領(lǐng)域缺乏人才支撐。

二、儲能電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線

（一）鋰離子電池技術(shù)路線

1.研發(fā)重點(diǎn)

（1）原材料的制備

目前，正極材料性能改善技術(shù)主要有單一元素?fù)诫s改性、元素共摻雜改性、表面修飾改性、材料納米化改性。為了改善電池的安全性、提高電池的能量密度和循環(huán)壽命，應(yīng)積極研發(fā)新型隔膜材料以改善電池性能；聚離子液體不僅有離子液體熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)合了聚合物固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢，在制作過程中不易漏液且易加工。因此，離子液體電解質(zhì)應(yīng)作為鋰離子電池原材料制備的重點(diǎn)研發(fā)方向。

（2）電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)的主要功能是對電池進(jìn)行充放電管理、均衡管理、熱管理，對SOX 進(jìn)行精確估計(jì)。電池管理系統(tǒng)對電池的安全起著至關(guān)重要的作用。目前，電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵問題或難點(diǎn)包括電池狀態(tài)的估計(jì)、電池的均勻性、電池的熱管理以及電池充放電管理。

（3）電池性能測試

電池性能測試主要分為循環(huán)壽命測試、充放電性能測試、電池應(yīng)用性能測試。在電池研發(fā)過程中的循環(huán)壽命測試不僅耗時(shí)且價(jià)格昂貴，需要對測試方案進(jìn)行優(yōu)化。鋰電池的充放電測試方法包括恒流充電、恒壓充電、恒流放電等。目前，對鋰電池安全性的認(rèn)識仍然不全面，測試標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)體系仍然不完備，福建省相關(guān)的電池測試企業(yè)較為缺乏。

2.發(fā)展目標(biāo)

基于上述分析，提出以下發(fā)展目標(biāo)（如圖1所示）：2025 年，福建省鋰離子儲能電池的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值為1000 億元，目標(biāo)產(chǎn)能為30GWh，能量密度超過300Wh/kg，循環(huán)壽命超過1 萬次，電池成本低于0.8 元/Wh。2030 年，福建省鋰離子儲能電池的能量密度超過350Wh/kg，循環(huán)壽命超過1.5 萬次，電池成本低于0.6元/Wh。

圖1 鋰離子儲能電池技術(shù)路線

（二）鈉離子電池技術(shù)路線

1.研發(fā)重點(diǎn)

（1）原材料的制備

鈉離子電池的主要正極材料有層狀氧化物、普魯士藍(lán)（白）和聚陰離子材料等。層狀氧化物的缺點(diǎn)在于較快的可逆容量衰減、較差的空氣穩(wěn)定性以及較低的倍率性能等；聚陰離子材料雖然具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，但是成本較高、能量密度性能較差。對于正極材料來說，提高工作電壓從而提升電池能量密度，是一種有效策略。

硬碳材料具有儲鈉比容量高、儲鈉電壓低、循環(huán)穩(wěn)定等優(yōu)勢，是當(dāng)前首選的負(fù)極材料。但是在高倍率負(fù)極材料的制備方面仍有優(yōu)化的空間。因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)新的負(fù)極材料是提升負(fù)極材料性能的重要研究方向之一。

（2）電池管理系統(tǒng)

電池安全管理仍然是鈉電池需要突破的瓶頸。在電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)方面，鈉離子電池與鋰離子電池差異較小，對鈉電池進(jìn)行充放電管理、均衡管理、熱管理，對SOX 進(jìn)行精確估計(jì)，依然是鈉電池管理系統(tǒng)需要改進(jìn)和突破的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）電池性能測試

鈉離子儲能電池性能測試是保證電池安全使用的關(guān)鍵步驟。電池性能測試主要分為循環(huán)壽命測試、充放電性能測試、電池應(yīng)用性能測試，其測試方法與鋰電池差異性較小。

相較于鋰離子電池而言，目前福建省關(guān)于鈉離子電池的相關(guān)安全測試設(shè)備和測試標(biāo)準(zhǔn)較少，主要測試企業(yè)和測試設(shè)備供應(yīng)商較為缺乏，且對鈉電池安全性的認(rèn)識不全面，未形成完善的評價(jià)體系和測試標(biāo)準(zhǔn)。

2.發(fā)展目標(biāo)

基于上述分析，提出以下發(fā)展目標(biāo)（如圖2所示）：2025 年，福建省鈉離子儲能電池的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值為300 億元，目標(biāo)產(chǎn)能為10GWh，能量密度超過180Wh/kg，循環(huán)壽命超過6000 次，電池成本低于0.6 元/Wh。2030 年，福建省鈉離子儲能電池的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值為400 億元，目標(biāo)產(chǎn)能為20GWh，能量密度超過230Wh/kg，循環(huán)壽命超過1 萬次，電池成本低于0.4 元/Wh。

圖2 鈉離子儲能電池技術(shù)路線

三、儲能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新路徑

（一）科學(xué)布局，開發(fā)新型儲能電池材料

儲能電池的性能提升主要依靠新型儲能電池材料的研發(fā)，這對儲能電池的大規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。福建省應(yīng)充分發(fā)揮寧德時(shí)代、廈鎢新能源等行業(yè)龍頭的帶頭作用，圍繞儲能鋰電池，針對電池正負(fù)極材料、隔膜及電解液等關(guān)鍵核心技術(shù)，開展技術(shù)專項(xiàng)攻關(guān)。通過材料改性、研發(fā)新型添加劑等手段，提高電池材料性能，進(jìn)一步提高儲能鋰電池性能，降低成本。

因鋰礦資源有限等問題，需探索開發(fā)新型儲能電池，因此在發(fā)展鋰離子電池的同時(shí)，協(xié)同推進(jìn)鈉離子電池關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。發(fā)揮寧德時(shí)代在鈉離子電池領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢，開展鈉離子電池電化學(xué)機(jī)理研究，探索研發(fā)不同材料體系，通過研發(fā)創(chuàng)新性材料，提高鈉離子電池循環(huán)壽命。推動鈉離子電池與鋰離子電池產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)發(fā)展，與鋰離子電池相互補(bǔ)充、相互支撐，降低關(guān)鍵礦產(chǎn)資源依賴度，突破電化學(xué)儲能成本瓶頸。

（二）因地制宜，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局

依據(jù)福建省的地域特點(diǎn)、能源發(fā)展情況等，在風(fēng)電、核電、漁業(yè)供電和分布式光伏等領(lǐng)域配置儲能。福建丘陵多、平原少，許多地方地多人稀，應(yīng)結(jié)合國家政策，大力支持發(fā)展分布式光伏儲能，加大光儲一體化建設(shè)，逐步深入光伏電站與新能源儲能企業(yè)合作。

充分發(fā)揮福建省光能、風(fēng)能等資源優(yōu)勢，依托福建省產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，統(tǒng)籌考慮環(huán)境承載能力，打造和升級儲能電池產(chǎn)業(yè)集群。南平、三明、龍巖等地區(qū)石墨、氟新材料資源充裕，寧德時(shí)代全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)較為完善，廈門儲能電池產(chǎn)業(yè)布局逐漸深入。福建省需要依托本省產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，充分利用南平、三明、龍巖等地區(qū)的生產(chǎn)資源基礎(chǔ)，充分發(fā)揮廈門、寧德等國家級和省級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地的引領(lǐng)作用，通過人才引進(jìn)等，逐步將技術(shù)向園區(qū)、基地集中。鼓勵寧德建成世界鋰電之都，在寧德時(shí)代龍頭企業(yè)帶領(lǐng)作用下，逐步在漳灣、七都等工業(yè)重鎮(zhèn)布局更多小微園區(qū)，引進(jìn)更多產(chǎn)業(yè)鏈配套企業(yè)，大力發(fā)展儲能電池產(chǎn)業(yè)。

（三）強(qiáng)化企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新能力

持續(xù)創(chuàng)新是產(chǎn)品質(zhì)量提升的關(guān)鍵，也是企業(yè)在市場競爭中的重要后備支撐。隨著儲能電池下游應(yīng)用領(lǐng)域需求增長，推動儲能電池的安全性、能量密度、循環(huán)能力等性能提升的要求越來越高，這需要相關(guān)企業(yè)大膽革新，強(qiáng)化企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新能力，促使儲能電池技術(shù)不斷進(jìn)步。福建省儲能電池企業(yè)要始終以客戶為導(dǎo)向，持續(xù)加大研發(fā)投入，提高產(chǎn)品核心競爭力。

（四）探索多種儲能商業(yè)模式

探索共享儲能模式，提高儲能電站利用率，激勵新能源電站以多種形式配置儲能。在用戶側(cè)，探索儲能聚合應(yīng)用，鼓勵分散式儲能設(shè)施的聚合利用，發(fā)揮對負(fù)荷削峰填谷作用。對大規(guī)模的儲能設(shè)施進(jìn)行分散，對小規(guī)模的儲能設(shè)施進(jìn)行聚合，參與需求側(cè)響應(yīng)，創(chuàng)新能源負(fù)荷雙向互動。創(chuàng)新投資運(yùn)營模式，鼓勵發(fā)電企業(yè)、獨(dú)立儲能運(yùn)營商聯(lián)合投資新型儲能項(xiàng)目，通過市場化方式合理分配收益。

（五）加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)

為了研發(fā)更安全、成本低、長壽命的儲能電池，建議福建省內(nèi)企業(yè)、高校以基礎(chǔ)材料和反應(yīng)機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，加大對原材料、電芯、管理系統(tǒng)等相關(guān)基礎(chǔ)研究，持續(xù)進(jìn)行理論和技術(shù)上的創(chuàng)新。加強(qiáng)福建省各高校中電化學(xué)電池、新能源綜合利用、電力運(yùn)行與控制等相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)的人才培養(yǎng)，為福建省內(nèi)儲能電池企業(yè)輸送一批具有持續(xù)創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識和高穩(wěn)定的優(yōu)秀人才。同時(shí)，各企業(yè)也需要重視儲能電池領(lǐng)域科學(xué)家和工程師的培養(yǎng)力度，為提升福建省儲能電池產(chǎn)業(yè)競爭力搭建人才“蓄水池”。