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锂电池安全得到重视,政策、消防和材料各环节共同发力

锂电池安全问题被重视,各车企纷纷推出高安全电池方案

锂电池在使用或储存过程中会出现一定概率的失效,包括容量衰减(跳水)、循环寿命短、内阻增大、电压异常、析锂、产气、漏液、短路、变形、热失控等,严重降低了锂电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性。对锂电池失效进行准确诊断并探究其失效机理是锂电池失效分析的主要任务。

失效分析是一种判断产品失效模式、分析失效原因、预测或预防失效现象的技术活动和管理活动。人们对锂电池的使用性能指标提出了更高的要求,尤其凸显在体积/质量能量密度、功率密度、循环寿命、成本、安全性能等方面。例如在《中国制造2025》中提到了能量型锂电池比能量大于300W·h/kg,功率型锂电池比功率大于4000W/kg的发展目标。为了满足市场的需求,锂电池的能量密度逐年提升。

锂电池安全问题及表现

<strong>锂电池安全问题及表现</strong>

资料来源:观研天下数据中心整理

 根据观研报告网发布的《中国锂电池行业现状深度分析与发展前景调研报告(2022-2029年)》显示,近年来,新能源汽车安全事故呈递增态势,消费者已由“里程焦虑”转入“安全焦虑”,动力电池安全问题已成为新能源汽车行业发展的拦路虎。

当下,电池安全已成为车企除续航和快充之外的新一轮宣传点,各主流车企均推出了自身高安全电池解决方案。

各车企高安全电池方案发布情况

时间

车企

内容

2020-03

比亚迪

可通过针刺试验的刀片电池

2020-11

蔚来

无热蔓延安全设计的100kWh电池包

2021-03

岚图

“无冒烟、无起火、无爆炸”电池

2021-04

上汽

“永不自燃”电池包

2021-04

广汽

弹匣电池系统安全技术,实现三元电池包针刺不起火

2021-09

长城

“永不起火、永不爆炸”的大禹电池

2021-09

岚图

“琥珀”及“云母”电池安全技术

资料来源:观研天下数据中心整理

此外,国务院于2021年10月发布的《2030年前碳达峰行动方案》提出,要在2025年实现新型储能装机规模3000万千瓦以上;但截至2021年,我国新型储能累计装机规模仅572.97万千瓦,“十四五”期间新型储能市场将实现多倍增长,增长空间广阔。

消防行业规模大,工业消防领域占比持续增加

锂电池,尤其是动力电池由于具备大体积,其安全消防问题值得尤为关注。

根据现行《消防法》、《消防产品监督管理规定》、《关于取消部分消防产品强制性认证的公告》等法律法规要求,消防产品必须符合国家标准;没有国家标准的,必须符合行业标准;未制定国家标准、行业标准的,应当符合消防安全要求,并符合保障人体健康、人身财产安全的要求和企业标准。

改革开放前,我国消防行业发展缓慢,全国消防产品生产企业数量不足100家,且大部分是国家出资建设的国营企业。2001-2003年,国家逐步取消了消防产品生产销售备案登记制度,逐步建立消防产品市场准入制度,消防市场环境发生根本性变革,民营企业开始涉足消防行业,行业发展速度加快。随着中国国民经济快递增长,消防产业也逐渐发展成型。经过十余年的发展,目前我国的消防产品生产企业已超过5,000家,消防行业整体规模较大。

消防行业的企业数量较多,但缺少行业领军企业,各家企业的市场份额较分散,行业集中度低。大多数消防企业生产的产品种类单一、技术含量较低,产品在外观、功能等方面同质化严重,盈利水平较低。

相对而言,在工业消防领域的消防企业数量较少,其中,少数具有技术优势、品牌优势的企业产品技术含量高,智能化、自动化功能强,毛利率水平较高,成长相对较快。

在能源转型的催化下,交通运输、电力电网等配套投资持续增加,针对工业消防的需求迅速提升,工业自动灭火系统基本实现国产化,市场竞争较为充分,而工业火灾报警系统则很大程度上依赖进口,仍有一定国产替代空间,能够推动中高端消防产品向智能、特种、高效应用等方向发展。截止2021年,我国民用消防和工业消防市场规模分别为8815和1703亿元,工业消防在整个消防领域占比达到16.19%。

在能源转型的催化下,交通运输、电力电网等配套投资持续增加,针对工业消防的需求迅速提升,工业自动灭火系统基本实现国产化,市场竞争较为充分,而工业火灾报警系统则很大程度上依赖进口,仍有一定国产替代空间,能够推动中高端消防产品向智能、特种、高效应用等方向发展。截止2021年,我国民用消防和工业消防市场规模分别为8815和1703亿元,工业消防在整个消防领域占比达到16.19%。

资料来源:观研天下数据中心整理

资料来源:观研天下数据中心整理

资料来源:观研天下数据中心整理

相关政策推动锂电池消防体系建设和产品的储备

2021年8月,国家出台《电化学储能电站安全规程(征求意见稿)》,要求要围绕储能设施加强消防设计,助推储能消防市场发展。除储能电站外,储能消防产品在新能源汽车、电动自行车、家用储能等领域的广泛应用也为行业发展带来催化。

从产业链结构来看,动力电池消防行业上游主要是各类原材料,包括电子元件、结构件、机箱、灭火器等,下游则是动力电池应用领域,主要包括新能源汽车、电动车、储能等领域。

电池消防行业产业链结构

<strong>电池消防行业</strong><strong>产业链结构</strong>

资料来源:观研天下数据中心整理

当前国内龙头企业抢占储能消防先机。以青鸟消防为例,龙头公司迅速建立了兼顾前端探测和后端灭火的储能产品体系。在前端探测方面,有针对不同场景不同级别(舱级、簇级、pack级)的探测器,如线性缆式探测器、小型烟感探测器、吸气式探测器等;而灭火方面主要针对电池研发,包括七氟丙烷灭火系统、高压二氧化碳灭火系统、IG-541混合气体灭火系统等产品,用完备的产品体系加速布局。

气凝胶行业飞速发展,可以有效增加动力电池隔热性

除了消防体系外,锂电池的安全问题需要从源头入手,即锂电材料的安全优化。

气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、并在孔隙中充满气态分散介质的固体材料,是世界上最轻的固体。目前商业化应用的气凝胶主要围绕其高效的阻热能力展开,下游用于石油化工、热力管网、锂电池、建筑建材、户外服饰、航天、军工等多个领域。与传统保温材料相比,1)其保温性能是传统材料的2-8倍,因此在同等保温效果下气凝胶用量更少;2)气凝胶更换周期在20年左右,而传统保温材料的更换周期在5年左右,因此全生命周期的使用成本更低。

气凝胶诞生于1931年,但直到20世纪90年代国外才开始将其产业化。但由于干燥过程成本较高,早期气凝胶只能用于航天军工和石化领域。国内气凝胶行业起步于21世纪,2012年国内首套1000L超临界二氧化碳气凝胶干燥设备投产,标志着气凝胶的规模化生产。

当前气凝胶行业处于拐点向上的飞速发展阶段,原因在于气凝胶在石化管道、锂电池的应用已经具备高性价比,中石化、宁德时代等龙头企业已经从传统隔热材料切换至气凝胶,头部企业的标杆效应将带来气凝胶行业量的起飞,预计到2025年,国内气凝胶市场规模将达到190亿元。

当前气凝胶行业处于拐点向上的飞速发展阶段,原因在于气凝胶在石化管道、锂电池的应用已经具备高性价比,中石化、宁德时代等龙头企业已经从传统隔热材料切换至气凝胶,头部企业的标杆效应将带来气凝胶行业量的起飞,预计到2025年,国内气凝胶市场规模将达到190亿元。

资料来源:Marklines,观研天下数据中心整理

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