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随着全球气候变化趋势的加剧,人类生产、生活过程中的碳排放引发的温室气体效应引起了各国政府和工业界的关注。温室气体导致的气候变化正在影响着农业、工业、旅游业等行业,给各国经济和民众生活带来了严重的冲击。
降低碳排放、重塑绿色宜居的环境成为当务之急。在世界各国政府协调和沟通的基础上,2023年12月13日,《联合国气候变化框架公约》正式签署。公约认为气候危机的核心是化石燃料的大量使用加大了碳排放量,因此号召各签约国逐年减少直至完全停止使用化石燃料。
由于我国处于“世界工厂”的定位,碳排放量相比世界其他国家和地区较高,因此我国的“零碳”之路实施起来有着更大的挑战性。为此我国制定了“两步走”战略——2030年前力争碳排放达到“碳达峰”,争取2060年前实现“碳中和”,这就是“双碳”战略。
电池产业助推能源战略转型
在国家发布“双碳”战略背景下,能源的转型工作将发挥重大作用。“双碳”战略对于电池产业而言也很重要。首先,通过电池产业实现国家能源战略转型。目前,我国主要依赖煤炭、石油、天然气等化石燃料,现在正在大力推动风能、太阳能等清洁能源的普及,但是这两种新能源供应容易受到时间、季节、地理等外界因素影响,非常不稳定,需要将电能存储起来才能应用。
其次,电池产业本身也要实现低碳化制造,这就需要全行业制定锂电制造能耗的标准,通过标准化把整个锂电制造过程、能耗计算、管理和优化形成规范,通过规范化管理实现低碳目标。例如提升电池制备过程中的叠片/卷绕的效率,在大幅提升产能的同时并没有成倍增加能耗,大幅降低了能耗系数,为对“双碳”战略做出贡献。
大规模制造引发降本增效
锂电装备的未来发展,主要在于向大规模制造方向的转型,并不断提升锂电制造的效率。虽然目前中国锂电行业发展在全球处于领先地位,无论是产能还是规模都是最大,2023年我国动力和其他电池累计产量达到778.1GWh,同比增长42.5%,但是成本仍然还有进一步降低的空间。
主要原因是过去按照3C产品制造的理念管理整个锂电行业,而不是采用大规模制造的思维。如果锂电行业能够参考芯片、机器人、钢铁、汽车行业的大规模制造思路,那么进一步提升生产效率,减少碳排放都可以取得更大的成绩。
就以锂电池产品来讲,目前锂电池的成本大概在0.5元/Wh,通过扩大生产规模,摊薄成本,有可能会降低到0.2元/Wh左右。
制定标准发挥关键性作用
要实现上述目标,首先是要实现标准化,我国的电池结构、尺寸规格、制造工艺流程、材料会产生大量数据,而最大的障碍在于数据没有实现标准化。虽然目前电池产品及测试标准相对完善,但是缺少完整产品标准,更缺少制造标准和装备标准,对电池制造、使用、回收的标准还有待进一步完善。
举例来说,电池的尺寸规格就是一个突出的问题。目前锂电行业有一百多种规格的电池,每种电池的体积、样式、接口等不尽相同,同一功能的电池之间缺乏互换性。如果电池的尺寸规格能够减少到不超过十种,差不多就能满足所有应用场景的需求,这也能从产品设计的层面带来更大的降本空间。
据统计,电池的成本通过标准化可以降低30%~40%,还有助于提升产品合格率。因为制造业的规律是,标准化程度每增加一倍,制造成本约下降10%~15%。因此要从整个应用端来推动电池行业的标准化。
“便于回收”贯穿整个制造环节
锂电池生命周期制造问题,也是整个电池回收的问题,通过电池回收可以实现环境友好、资源节约、制造循环、成本降低等目标。但现在的回收过程仍然存在很多问题,包括综合回收率、材料回收成本和电池回收成本等。因此,全生命周期制造成本概念浮出水面。
全生命周期制造成本,是从电芯设计、制造、使用,到回收综合衡量电池系统的体系,包含电芯制造成本、拆解成本、材料回收成本、材料合成成本、过程材料的损耗成本。
整个产业链要围绕电池全生命周期循环的概念来设定全局目标,而不是局限于某个方面。从矿山开采到电池材料的提取,再到整个材料的生产;从材料到电池结构,到制造和工艺,再到拆解、回收、材料再生都需要均衡发展,才能形成真正意义上的产业循环。
电池产业推行全生命周期循环经济和材料回收,能够减少对原材料的需求,降低开采和加工原材料产生的碳排放。2020年锂电池综合回收率为92%,预计2025年综合回收率可达到95%,到2040年的目标是电池的综合回收率达到99%。
在“双碳”战略的稳步推进作用下,绿色低碳的循环经济理念逐渐深入各行各业,代表新能源应用的电池制造行业理所应当地承担起社会责任和经济发展职责,为我国的“零碳”之路做出应有的贡献。
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