上半年盘点:新船订单大幅萎缩,液货船前景看好

​2019年上半年,全球造船市场订单量大幅萎缩,中国造船企业在国内船东和租赁公司的支持下,新船订单的全球市场份额超过50%。但随着细分船型市场需求的逐步分化,中国船企接单的持续性面临很大挑战,亟需构建在液货船领域的竞争优势。

新船订单“量缩价稳”

2019年上半年,全球新船市场成交量大幅萎缩至2493万载重吨(DWT),同比减少53.6%。但新船价格基本平稳,2019年6月的克拉克松新造船价格指数为131点,较年初上涨1点。从主要造船国家看,中国、韩国和日本船企的接单量分别为1372万DWT、772万DWT和316万DWT(日本船企数据为不完全统计),全球份额分别为55%、31%和13%。

造船完工量方面,由于2017年成交的大量订单开始交付,今年上半年全球造船完工量达到5090万载重吨,同比增长9.3%。其中,中国、韩国和日本船企的造船完工量分别为1863万DWT、1809万DWT和1192万DWT,全球份额分别为37%、36%和23%,仍呈现“三足鼎立”的竞争态势。韩国船企由于上半年交付了34艘超大型油船(VLCC),合计1065万DWT,推动其完工量同比大幅增长54.9%。

手持订单量方面,截至2019年6月底,全球手持订单量为19804万DWT,同比减少12.4%。其中,中国、韩国和日本船企手持订单量分别为8837万DWT、5269万DWT和4820万DWT,全球份额分别为45%、27%和24%。

上半年新船市场呈现“量缩价稳”的特点,主要有以下几方面原因:

一是前两年新船成交量较大,市场需求已经较大程度释放。2017年和2018年新船成交量约为9100万DWT和9300万DWT(修正后数据),船东之前对航运市场走出长周期谷底的预期已经得到较大程度的反映。从市场周期规律看,船舶市场通常有3~4年左右的小周期波动,经过前2年的高位之后目前也进入了下行阶段,再加上航运市场基本面出现一些不利变化,导致今年造船市场活跃度相对较低。

二是美国贸易霸凌威胁全球经济增长,并影响船东投资信心。2018年以来,美国不断挑起与中国、欧盟、印度、加拿大、墨西哥等国家和地区的贸易摩擦,特别是作为全球前两大经济体的美国和中国,由于贸易争端不断升级,已经威胁到两国及世界经济的增长。2019年4月国际货币基金组织(IMF)将2019年世界经济增速和贸易增速分别下调0.2和0.6个百分点,至3.3%和3.4%。今年上半年,中美贸易争端对航运市场的影响已经显现,并从工业品运输逐步蔓延至半成品、基础资源等相关商品的运输需求。船东及航运公司对全球贸易形势非常担忧,新船投资更加谨慎和保守,包括长期与政治绝缘的马士基航运近期也发声,警告美国“贸易战将对美国造成更大伤害”。

三是航运市场运费走低,部分船型投资收益下滑。受贸易争端导致的全球贸易及工业生产增速下滑、铁矿石生产商遭遇重大生产事故等因素影响,上半年,集装箱、铁矿石等海运量增速不及预期,小型集装箱船及散货船运营收益同比出现明显下滑。对于营运型船东来说,按照当前散货船和集装箱船的运营收益、新造船投资的资本支出计算,后期的经营现金流将非常紧张,投资收益较低;对于以资产增值作为目标的投机性船东来说,考虑到当前正处于船舶资产价格的小周期高位,并不是较好的投资时点,因此部分细分船型市场活跃度明显较低。

四是骨干船厂仍有订单储备,上半年接单紧迫性不高。自2008年国际金融危机爆发以来,船舶工业经过了十多年调整,大量中小船企已经退出市场,部分大型船企破产,留下来的企业也经过了一系列兼并重组,行业集中度已经大幅提升。尽管船企相对船东的话语权尚未明显提升,但对自身的资源调配和接单节奏的把控能力有所增强。特别是前两年市场订单相对充裕且主要流向大型船企,部分中国大型船企在今年年初时就已经储备了一定规模的2021年交付订单,上半年接单紧迫性并不是很高,有一定的时间余量与船东就价格进行拉锯式谈判,这也是上半年新船市场“量缩价稳”的重要原因。

此外,租赁公司大规模订造船舶也是上半年新船市场的重要特点。自2012年中国租赁公司大举进入船舶租赁市场以来,融资性租赁业务一直占据主导地位。但随着融资租赁市场的相对饱和以及对优质客户的竞争日益激烈,多家租赁公司调整了战略方向,加大了对经营性租赁业务的开拓力度。特别是对于厂商系租赁公司来说,开展经营性租赁一方面能够快速提升船舶资产规模,另一方面也能够促进所在集团造船主业的发展。据不完全统计,2019年上半年,中国船企累计接单量为1372万DWT,其中489万DWT由租赁公司直接订造,占比达到36%。部分租赁公司直接对接下游货主需求,并与船舶管理公司合作,在散货船和油船等领域形成了与传统航运公司合作与竞争共存的格局,较大程度上改变了新船需求的传导路径和目标市场结构。

主力船型市场前景分化

长期以来,散货船、油船和集装箱船一直是船舶工业最重要的细分市场和统计对象,但近些年液化天然气(LNG)船、液化石油气(LPG)船等气体船船队快速发展,其中LNG船的数量已经接近VLCC,新船订单也持续处于相对较高水平。从行业基本面看,在世界能源结构调整的背景下,气体船特别是LNG船的市场前景明显好于油船和散货船,且中国船企在气体船领域已经形成一定基础。因此,从市场规模、需求持续性、我国的产业基础等角度看,气体船都有必要作为第四大主力船型进行重点统计和跟踪研究。

按载重吨统计,上半年散货船、油船、集装箱船和气体船四大主力船型订单成交量占总量的95%,其中散货船占比达41%;按修正总吨(CGT)统计,四大主力船型订单成交量占总量的75%,其中气体船占比达到25%,明显高于散货船、油船和集装箱船。

散货船

需求下滑趋势仍将持续

2019年上半年,散货船新船订单量为1028万DWT,同比大幅减少59.6%,各型散货船订单数量均出现明显减少,背后是散货船航运市场运营收益自2018年初以来的下行趋势。

特别是从2018年年底开始,巴西淡水河谷矿难和澳大利亚飓风导致铁矿石发货量下滑,铁矿石价格一度上涨至110美元/吨以上,中国钢厂进一步增加了转炉炼钢(主要原料为废钢)的规模,国产矿石也有复产迹象。2018年中国铁矿石进口量下滑了1%,2019年1~5月同比下滑5.2%,这对长期依靠“中国因素”而不断壮大的散货船航运市场来说可能是一个巨大转折。

今年上半年成交的散货船订单中,共有27艘好望角型散货船,合计约21万DWT,其中16艘基于中远海运和中铝的几内亚铝土矿运输合同,剩余11艘主要基于淡水河谷的长期包运合同(COA),均具有较强的长期项目属性,之后再无其他面向短租和现租市场的订单,这也就意味着未来一段时间内大型散货船领域很难再有基于市场基本面的持续性订单和跟风性质的订单出现。尽管随着淡水河谷的复产,下半年铁矿石发货量和散货船运费有望反弹,但尚不能对新船需求形成支撑。

油船

市场活跃度有望转化为订单

2019年上半年,油船订单成交量为746万DWT,同比减少56.5%,订单减少的主要原因是2017~2018年油船价格较低,船东提前布局而释放了较大规模的订单。

与散货船不同,油船的市场基本面相对较好,尽管订单较少但市场活跃度依然很高(新船询价及二手船买卖),今年上半年油船二手船交易量创下近4年的新高,反映了船东对投资油船的兴趣较为浓厚。

2017~2018年,油船航运市场沉溺了2年,期间油船拆解量达到1100万DWT和2000万DWT,极大缓解了运力过剩的压力。尽管目前油船航运市场面临欧佩克减产、伊朗和委内瑞拉减产以及欧美进口量的持续下滑等不利局面,但中国、印度的原油进口量和南美洲、非洲的成品油进口量仍保持高速增长,将带动全球石油海运规模继续扩大。更重要的是,国际海事组织(IMO) 2020年船舶硫排放规则的实施和美国页岩油出口量的攀升分别为油船短期和长期市场注入了较强动力。

船舶硫排放规则的生效对油船航运市场供需两侧均形成有利支撑。一是大型油船自身为满足排放规则而选择加装脱硫塔,一定程度上减少了运力供给;二是排放规则生效后必然产生大量船用低硫油需求,而炼油商需要提前在全球范围内调度低硫油品,带来低硫油的运输及存储需求。这也是2018年底以来原油和成品油船运费大幅反弹的重要原因。

美国在页岩油产量快速增长的背景下,其原油海运出口量从2013年的436万吨增长到2018年的9171万吨,年均增速超过80%;国际能源署(IEA)预计美国石油出口量将于2024年达到2亿吨,超过俄罗斯并接近沙特。美国原油出口的主要目标市场是中日韩等亚洲国家,航程较远,能够吸收较大规模的原油船运力。尽管目前中美之间的贸易争端影响了两国的原油贸易,但两国之间经济已高度融合,贸易争端终将解决,并将为油船航运市场带来可观的需求增量。

因此,尽管今年上半年油船新船订单大幅萎缩,但市场前景依然比较乐观,下半年可能会有更多订单需求出现。

集装箱船

船东投资观望心态浓厚

今年上半年,集装箱船仅成交25.8万TEU,同比减少60.1%。其中,第二季度基本无订单成交,新船价格也出现下滑迹象,市场极其冷清,反映贸易战对集装箱航运市场冲击较大。

受贸易争端影响,1~5月中美之间贸易额同比大幅下降9.6%,但太平洋航线集装箱运费并未出现明显走低,9000TEU集装箱船1年期租金继续上涨,主要原因是不少大型和超大型集装箱船入坞加装脱硫塔造成了短期运力紧张;但小型集装箱船(主要通过使用低硫油满足硫排放要求)受到了明显冲击,特别是亚洲区域的中间品贸易量受中美贸易下滑影响较大,2500TEU集装箱船期租租金从2018年第二季度起持续下滑。

集装箱船航运市场面临的供求局面较为复杂。一方面,贸易战导致全球经济贸易增速下滑,货运量增长速度已经大不如前。另一方面,近年来,集装箱船运力增长缓慢,供求关系并未出现明显恶化,小型集装箱船新船市场一度呈现火热迹象,但船东的投资冲动很快被贸易战所压制;同时,大型集装箱船加装脱硫塔的情况仍将继续吸收部分运力,船龄较大的小型集装箱船可能由于无法适应新的排放规则被提前拆解。如果中美互加关税不再进一步升级,目前集装箱航运市场可能已经触底,但多数船东仍需要继续观察市场走势和硫排放规则生效后不同技术方案的运行情况,才能决定是否投资订造新船。因此,2020年之前甚至是2021年之前,班轮公司将持续处于“多看少动”的状态,再加上目前绝大多数班轮公司已经完成了这一轮运力大型化升级,未来一段时间集装箱船新船订单量将非常有限。

气体船

仍有较大规模的新增船舶需求

今年上半年共成交30艘LNG船,合计427万立方米,同比减少6.4%,但艘数同比增加了2艘,说明中小型LNG船市场也开始活跃;LPG船共成交16艘,合计127万立方米,同比增加12.4%。总的来看,气体船新船市场活跃度与上年同期基本持平,且新船价格继续上涨,反映了航运业对全球LNG和LPG贸易的乐观预期,船东近十多年来对众多LNG、LPG、乙烷等生产接收项目从规划、论证、决策到落地投产的长期等待终于有了好的结果。

2012~2018年,随着丙烷制丙烯、LNG生产线/接收站、乙烷制乙烯等项目的建设和投产,全球液化气海运量从3亿吨增长到4.1亿吨,年均增速达到5.5%;特别是2017年以来,LNG项目投产较快且航程较远,LNG船需求(吨海里)以每年10%以上的速度增长,并推动LNG船期租租金持续上涨,一度超过10万美元/天。近期,多家大型油气巨头在市场上寻求更多LNG船运力,并希望能够签订长期租约。

目前,全球在建LNG生产线项目总产能为9300万吨/年,前端工程设计阶段项目(FEED)产能合计3.1亿吨/年,计划阶段项目产能3.6亿吨/年,船舶需求量依然较大。2018年,全球LNG海运量共3.2亿吨,大型LNG船共505艘,手持订单量共140艘左右,即使全部交付,也仅能满足在建LNG生产线全部投产后的运输需求。FEED阶段项目产能共3.1亿吨,如果进入建设阶段,仍需要再订造500艘左右的大型LNG船。此外,中国在建和计划的乙烷制乙烯项目超过1600万吨,印度也有大量此类项目在建,未来超大型乙烷运输船(VLEC)需求也在100艘左右。

大型气体船的发展也带来小型气体船市场的活跃,主要面向LNG转运、大型化工厂和调峰发电厂、中小型岛屿等目标市场;LNG动力船舶的发展也带来LNG加注船需求的不断增多。

中国船企亟须构建新的竞争优势

根据对各主力船型市场的判断,散货船和集装箱船短期市场前景均不乐观,油船市场有望再度活跃,气体船市场景气度仍将持续。此外,在滚装船市场中,汽车滚装船(PCTC)和货滚船需求受经济影响较大,短期需求也较为有限,但客滚船的更新换代需求仍在释放;豪华邮轮运营商的投资强度依然较高,大型邮轮和中小型邮轮市场均较为活跃。

【专家浅析】物流园区专家孔庆广浅谈对物流园区的认识

孔庆广,驿盟园区平台创始人、安徽驿盟物流科技有限公司CEO、北京中冶嘉恒投资管理有限公司董事长、中国人民大学商学院MBA企业导师,专注从事物流园区有十多年的时间,从规划咨询到招商代理和运营顾问,如今开启物流园区互联互通平台,他的感悟感悟有很多,今天就让一位资深物流园区专家带我们看看他眼里的物流园区!
1.物流园区是物流产业整合的“牛鼻子”

大家都知道,物流产业涉及面广,使命大,问题多,前景佳,已经从国民经济的辅助产业上升到主导产业。从始建于1998年12月1日第一个物流园区深圳平湖物流基地开始,物流园区飞速发展,尤其是近几年来国家密集推出“京津冀一体化"、“一带一路”等国家战略和各种园区扶持政策,政府希望引导和推动物流产业的发展,进而带动整个社会经济的发展。

物流园区是物流企业的空间载体,也是物流服务的平台依托。物流园区既承载着经济发展的功能,也具有政府管理物流产业的职能。作为物流作业的主要战场,物流园区无疑是物流整合的最好的切入点。
2.物流园区的三大痛点:招商率、粘性和财务成本

谈物流园区,我们就要了解物流园区的需求是什么,物流园区甲方的关注点在哪里。目前,物流园区确实存在很多问题,比如,项目前期对市场了解不充分,规划定位不清,招商不理想,空置率高;园区管理服务水平低(包租婆),经营封闭,形成孤岛困境;缺乏专业运营人才,盈利模式仅仅依靠租金;企业拿地融资成本高,园区的收入不能覆盖财务成本,投资回收期拉长,等等。
归纳起来,物流园区的痛点就三条:

一是招商率。这是园区业主或者是开发商最关心的基本问题。

二是园区与入驻企业的粘性。这也是房东思维下的园区现状。入驻园区企业的经营与园区本身没有关联,园区只是为入驻企业提供了作业场景,停留在包租婆的角色。租金成为入驻企业考虑的关键因素。如果有其他园区项目建成能给予更好的招商政策,立马走人。

三是财务成本。原来的物流园区大部分是租地临建,而现在的物流园区需要拿建设用地。物流园区项目本身是重资产投资,财务成本压力很大。一旦招商率达不到相应的水平,就会拉长投资回收期,所有的经营收益被财务成本吃掉。
3.两权分离:物流园区呈现向轻资产运营的发展趋势

中国物流与采购联合会何黎明会长在在召开的全国物流园区工作年会上致辞中谈到物流园区发展出现的新趋势,就特别谈到两权分离的趋势,“物流园区业主单位引进专业管理团队托管经营,管理公司实现了低成本快速扩张。”

专业的人做专业的事。随着产业整合的深入,如同物业管理公司从房地产开发中分离出来一样,专业的物流园区管理运营公司逐步有了市场空间而且不断扩大。
4.物流园区管理运营:从房东到平台服务到园区供应链到互联网+服务

物流园区的规划建设只是开始,更重要的在于园区管理运营,从“毛坯房”到“精装修”,从“卖土地”到“卖房子”再到“卖环境”,从“招商企业”到“服务企业”再到“经营企业”,物流园区的运营也从“1.0”阶段发展到“4.0”阶段,正在不断的颠覆传统的思维模式,驿盟认为只有在供应链服务的基础之上综合利用互联网+服务的模式(园区4.0)是未来物流园区管理运营的必经之路。

房东思维下的“包租婆”,是物流园区的1.0时代;向园区植入产品,开展增值服务,是物流园区的2.0时代;而依托园区开展总包服务和供应链业务,则是物流园区的3.0时代;搭建物流园区运营服务的互联网+平台,则是物流园区的4.0时代。
5.物流园区的互联互通:如何联通?

为了大力发展物流园区的相关建设带动地方经济的快速的提高,自2015年开始,交通运输部和商务部就此发多项文件,并多次召开行业会议,研讨物流园区互联互通之道。这些利好政策的出台,为物流园区互联互通指明了方向,对发挥资源整合效应,促进行业资源集聚和优化组织具有重要意义。

在交通运输部编制的“十三五”规划中,物流枢纽建设仍是重要内容。在发展形态上,建议关注“物流园区+”服务业态,重点打造“物流园区+物流金融”、“物流园区+互联网”、“物流园区+多式联运”等具有创新意义的物流枢纽。“物流园区+”是物流园区积极尝试互联互通,进行业务创新的重要表现。

在宏观政策引导物流园区积极转型的同时,物流园区之间也在踊跃地在线上或线下联盟!

2016年5月安徽驿盟物流科技有限公司正式成立,旗下的驿盟园区平台平台是为单体物流园区实现抱团发展、互联互通提供服务的全新平台,全国物流园区联盟不仅致力于线下各个园区之间的互联互通,同时也将建立线上的信息平台,把散布在全国各地的物流园区线上资源串起来。

驿盟园区平台致力于将物流园区通过线上线下互联互通达成联盟的形式,帮助他们摆脱“经营管理”“信息孤岛”的困境,以信息化方式帮助园区在物流交易、网上平台、仓单质押、融资担保等方面的服务功能得到充分发挥。
6.总包服务&无车承运人:第五方?第四方?第三方?

目前虽说国内有几百所无车承运人的试点企业,但拥有属于自己平台的物流公司少之又少,市面上的无车承运人平台很多是相对不成熟的。以驿盟园区平台作为列子,来介绍总包服务与无车承运人平台如何打造!

驿盟园区平台运营模式主要是由驿盟园区平台作为卖方,通过单点物流园区,即卖方与买方之间的交流平台,与物流企业,也就是买方,之间建立一种网络通信销售方式。在原本的B2B和B2C的基础上建立的B2B2C模式。

物流园区运营转型升级,不要再争议于到底是三方、四方还是五方平台,而应专注于打造上下游结合的物流与供应链生态圈,依托园区集中采购做总包服务。通过统一结算、导入产品服务等,为园区内的三方企业提供增值服务等。
7.物流园区平台的价值

通过物流园区信息平台的建设,把互联网+物流园区服务打造成物流园区的核心竞争力,通过互联网信息来引导、带动园区发展,并实现物流、金融、商贸、制造和信息等各大产业在园区内的协调发展,创新物流产业发展模式、再造物流新体系,真正实现物流园区的智能化、人性化、机械化、信息化。

物流园区平台以数据为核心,以线下服务为导向,针对物流园区的刚性需求,解决物流园区的痛点问题,提升物流园区的服务水平,增加互联网+服务,物流园区之间以联盟或者平台的形式加深合作,可以推动物流园区的转型升级和互联互通,打破各自为战信息孤立的”孤岛困境“。
8.回归本义:物流园区的功能和价值

物流园区在很早以前其实很简单就是一个收取租金,提供线下物流交易、存放和停车的规范载体,收取租金和物业费为主营的一个坐商而已。

现代物流园区类型不同决定其价值也是不一样的,从宏观社会功能来说,物流园区具有改善城市环境、发挥聚集优势、促进区域经济的发展、提高物流园服务水平等功能;从微观的物流运营角度来说,物流园区具有存储、运输、配送、配载、流通加工、综合物流服务等功能;从物流增值服务来说,物流园区具有供应链物流管理、结算和物流金融服务、物流咨询与培训等功能......

今天很多被妖魔化了的说词,迷惑了我们的双眼,使我们很难看清物流园区具体的功能和价值所在,想总结不是一言半语能够说清楚的。
9.新型物流园区的基本画像

(1)物流园区是物流与供应链产业基地,是中小物流(供应链)企业的孵化器和加速器。 

(2)不仅要搭建物流公共信息服务平台,更要同时成为物流空间提供商和物流服务运营商。

(3)与上下游和相关企业形成物流与供应链生态圈。 

(4)空间形态的改变,成为现代物流综合体,传统物流园区的升级版。

(5)提供物流与供应链金融服务,组建物流园区产投基金。

理论结合生产实践谈谈锂电池内阻那些事

近年来,新能源汽车对动力电池高倍率充放电性能的要求越来越高,而内阻是影响电池功率性能和放电效率的重要因素,它的初始大小主要由电池的结构设计、原材料性能和制程工艺决定。随着锂电池的使用,电池性能不断衰减,主要表现为容量衰减、内阻增加、功率下降等,电池内阻的变化受温度、放电深度等多种使用条件的影响。因此,结合电池结构设计、原材料性能、制程工艺和使用条件等方面阐述了影响电池内阻的因素。

电阻是锂电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。通常,锂电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻,包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定。

欧姆内阻

欧姆内阻主要分为三个部分,一是离子阻抗,二是电子阻抗,三是接触阻抗。我们希望锂电池的内阻越小越小,那么就需要针对此三项内容采取具体措施来降低欧姆内阻。

离子阻抗

锂电池离子阻抗是指锂离子在电池内部传递所受到的阻力。在锂电池中锂离子迁移速度和电子传导速度起着同样重要的作用,离子阻抗主要受正负极材料、隔膜以及电解液的影响。想要降低离子阻抗,需要做好以下几点:

保证正负极材料和电解液具有良好的浸润性

在极片设计时需要选定合适的压实密度,如果压实密度过大,电解液不易浸润,会提高离子阻抗。对于负极极片来说,如果首次充放电时在活物质表面形成的SEI膜过厚,也会提高离子阻抗,这时需要调节电池的化成工艺来解决。

电解液的影响

电解液要具有合适的浓度、粘度和电导率。电解液粘度过高时,不利于其与正负极活物质之间的浸润。同时,电解液也需要较低的浓度,浓度过高同样不利于其流动浸润。电解液的电导率是影响离子阻抗的最重要的因素,其决定着离子的迁移。

隔膜对离子阻抗的影响

隔膜对离子阻抗的主要影响因素有:隔膜中电解液分布、隔膜面积、厚度、孔隙大小、孔隙率以及曲折系数等。对于陶瓷隔膜来说,还需要预防陶瓷颗粒堵塞隔膜孔隙不利于离子通过。在保证电解液充分浸润隔膜的同时,还不能有余量的电解液残留其中,降低电解液的使用效率。

电子阻抗

电子阻抗的影响因素比较多,可以从材料、工艺等方面进行着手改善。

正负极极板

正负极极板影响电子阻抗的因素主要有:活物质与集流体的接触、活物质本身因素、极板参数等。活物质要与集流体面充分接触,可以从集流体铜箔、铝箔基材上,正负极浆料粘接性上考虑。活物质本身的孔隙率、颗粒表面副产物、与导电剂混合不均匀等均会造成电子阻抗变化。极板参数如活物质密度太小时,颗粒间隙大,不利于电子传导。

隔膜

隔膜对电子阻抗的影响因素主要有:隔膜厚度、孔隙率以及充放电过程中的副产物。前两者很容易理解,在电芯拆解之后经常会发现隔膜上沾着厚厚一层褐色物质,里面包括石墨负极及其反应副产物,会造成隔膜孔堵塞,降低电池使用寿命。

集流体基材

集流体的材质、厚度、宽度以及其与极耳的接触程度均会影响电子阻抗。集流体需要选择未氧化钝化的基材,否则会影响阻抗大小。铜铝箔与极耳焊接不良也会影响电子阻抗。

接触阻抗

接触电阻是在铜铝箔与活物质的接触间形成的,需要重点关注正负极浆料的粘接性。

极化内阻

电流通过电极时,电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。极化包括欧姆极化、电化学极化和浓差极化。极化电阻是指电池的正极与负极在进行电化学反应时极化所引起的内阻,其能反应电池内部的一致性,但是由于受操作、方法的影响,不适用于生产中。极化内阻不是常数,在充放电过程中随时间不断变化,这是因为活性物质的组成,电解液的浓度和温度都在不断的改变。欧姆内阻遵守欧姆定律,极化内阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系。常随电流密度的对数增大而线性增加。

结构设计影响

在电池结构设计中,除了电池结构件本身的铆接及焊接之外,电池极耳的数量、尺寸、位置等直接影响电池内阻大小。在一定程度内,增加极耳数量,可有效降低电池内阻。极耳位置也影响电池的内阻,极耳位置在正负极极片头部的卷绕电池内阻最大,且相较于卷绕式电池,叠片式电池相当于几十片小电池并联,其内阻更小。

原材料性能影响

正负极活性材料

锂电池中正极材料是储锂一方,更多的决定了锂电池的性能,正极材料主要通过包覆与掺杂来改善颗粒之间的电子传导能力。如掺杂Ni 后增强了P-O 键的强度,稳定了LiFePO4/C 的结构,优化了晶胞体积,可有效降低正极材料的电荷转移阻抗。活化极化特别是负极活化极化的大幅增加是极化严重的主要原因。减小负极颗粒粒径可以有效减小负极活化极化,当负极固相粒径减小一半时,活化极化可降低45%。因此,就电池设计而言,正负极材料本身的改善研究也是必不可少的。

导电剂

石墨和炭黑因其良好性能,在锂电池领域应用广泛。相对于石墨类导电剂,正极添加炭黑类导电剂的电池倍率性能更优,因为石墨类导电剂具有片状颗粒形貌,大倍率下引起孔隙曲折系数较大增长,易出现Li液相扩散过程限制放电容量的现象。而添加了CNTs的电池其内阻更小,因为相对石墨/炭黑与活性材料的点接触,纤维状的碳纳米管与活性材料属于线接触,可以降低电池的界面阻抗。

集流体

降低集流体与活性物质间的界面电阻,提高两者之间的粘结强度是提升锂电池性能的重要手段。在铝箔表面涂覆导电碳涂层和对铝箔进行电晕处理可有效降低电池的界面阻抗。相较普调铝箔,使用涂碳铝箔可以使电池的内阻降低65%左右,且可降低电池在使用过程中内阻的增幅。经电晕处理的铝箔交流内阻可降低20%左右,在常使用的20%~90%SOC区间内,直流内阻整体偏小且随放电深度的增加,其增幅逐渐较小。

隔膜

电池内部的离子传导需依赖电解液中Li 离子通过隔膜多孔的扩散,隔膜的吸液润湿能力是形成良好离子流动通道的关键,当隔膜具有更高的吸液率和多孔结构时,能提升导电性减小电池阻抗,提高电池的倍率性能。相较普通基膜,陶瓷隔膜和涂胶隔膜不但能大幅提高隔膜的高温耐收缩性,而且可增强隔膜的吸液润湿能力,在PP隔膜上增加SiO2陶瓷涂层,可使隔膜的吸液量增加17%。在PP/PE复合隔膜上涂覆1μm的PVDF-HFP,隔膜吸液率由70%增加到82%,电芯内阻下降20%以上。

从电池结构设计、原材料性能、制程工艺和使用条件等方面来讲影响电池内阻的因素主要包括:

制程因素影响

合浆

合浆时浆料分散的均匀性影响着导电剂是否能够均匀的分散在活性物质中与其紧密接触,与电池内阻相关。通过增加高速分散,可提高浆料分散的均匀性,电池内阻越小。通过添加表面活性剂可改善提高电极中导电剂的分布均匀性,可减小电化学极化提高放电中值电压。

涂布

面密度是电池设计的关键参数之一,在电池容量一定时,增加极片面密度势必会减小集流体和隔膜的总长度,电池的欧姆内阻会随之减小,因此在一定范围内,电池的内阻随着面密度的增加而减小。涂布烘干时溶剂分子的迁移与脱离与烘箱的温度密切相关,直接影响着极片内粘结剂和导电剂的分布,进而影响极片内部导电网格的形成,因此涂布烘干的温度也是优化电池性能的重要工艺过程。

辊压

在一定程度内,电池内阻随着压实密度的增大而减小,因为压实密度增大,原材料粒子间的距离减小,粒子间的接触越多,导电桥梁和通道越多,电池阻抗降低。而控制压实密度主要是通过辊压厚度来实现的。不同辊压厚度对电池内阻具有较大程度的影响,辊压厚度较大时,由于活性物质未能辊压紧密致使活性物质与集流体之间的接触电阻增大,电池内阻增大。且电池循环后辊压厚度较大的电池正极表面产生裂纹,会进一 步增大极片表面活性物质与集流体之间的接触电阻。

极片周转时间

正极片不同搁置时间对其电池内阻具有较大程度的影响,搁置时间较短时,受磷酸铁锂表面碳包覆层与磷酸铁锂作用力影响,电池的内阻增大较为缓慢;当搁置时间较长时(大于23 h),受磷酸铁锂与水反应以及粘合剂的粘合作用共同影响,电池的内阻增大较为明显。因此,实际生产中需严格控制极片的周转时间。

注液

电解液的离子电导率决定了电池的内阻和倍率特性,电解液电导率的大小与溶剂的粘度程反比,同时还受锂盐浓度和阴离子大小的影响。除了对电导率的优化研究之外,注液量和注液后的浸润时间也直接影响着电池内阻,注液量较少或浸润时间不充分,都会引起电池内阻偏大,从而影响电池的容量发挥。

使用条件影响

温度

温度对内阻大小的影响是显而易见的,温度越低,电池内部的离子传输就越慢,电池的内阻就越大。电池阻抗可以分为体相阻抗、SEI膜阻抗和电荷转移阻抗,体相阻抗和SEI膜阻抗主要受电解液离子电导率影响,在低温下的变化趋势与电解液电导率变化趋势一致。相较体相阻抗和SEI膜阻在低温下的增幅,电荷反应阻抗随温度降低增加更加显著,在-20℃以下,电荷反应阻抗占电池总内阻的比例几乎达到100%。

SOC

当电池处于不同的SOC时,其内阻大小也不相同,尤其是直流内阻直接影响着电池的功率性能,进而反映电池在实际状态下的电池性能:锂电池直流内阻随电池放电深度DOD的增加而增加,在10%~80%的放电区间时内阻大小基本不变,一般在较深的放电深度时内阻增加显著。

存储

随着锂离子电池存储时间的增加,电池不断老化,其内阻不断增大。不同类型的锂电池内阻变化程度不同。在经历9-10月长时间的存储后,LFP电池的内阻增加率比NCA和NCM电池的内阻增加率高。内阻的增加率与存储时间、存储温度和存储SOC相关,

循环

不管是存储还是循环,温度对电池内阻的影响都是一致的,循环温度越高,内阻增加率越大。而不同的循环区间对电池的内阻影响也不相同,电池内阻随着充放电深度的提高而加速增长,内阻的增幅与充放电深度的加强成正比。除了循环中充放电深度的影响,充电截至电压也有影响:太低或太高的充电电压上限会使得电极的界面阻抗加大,太低的上限电压下不能够很好地形成钝化膜,而太高的电压上限会导致电解液在LiFePO4 电极表面氧化分解形成电导率低的产物。

其它

车载锂电池在实际应用中不可避免的会经历较差的路况,但研究发现锂电池在应用过程中振动环境对锂电池内阻几乎没有影响。

展望

内阻是衡量锂离子功率性能和评估电池寿命的重要参数,内阻越大,电池的倍率性能越差,且在存储和循环使用中增加的越快。而内阻与电池结构、电池材料特性和制造工艺相关,并随着环境温度和荷电状态的变化而变化。因此,开发低内阻电池是提升电池功率性能的关键,同时掌握电池内阻的变化规律对电池寿命预测具有非常重要的现实意义。

来源:小小锂博士

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