鉅大LARGE | 點擊量：903次 | 2021年11月19日
鋰離子儲能電池技術及產業發展趨勢
三星因為手機電池安全出了問題，導致三星公司市值在短短幾天之內下去了200多億美金，卻給了我國公司超越它的機會！從IT、3C電池到動力鋰離子電池到儲能電池，到現在我國已經站在一個比較好的位置。
電池里面負極材料是碳材料可燃，入鋰后電池充電后負極嵌入鋰后更加危險易燃，電解液是有機的溶劑，屬于可燃材料，隔膜是材料，也是易燃材料，就是說電池內部大部分材料是易燃物質，包括鋁，銅箔集流體。
哪種材料不能減少？何種材料不可貪多？請跟隨北極星儲能網記者一同聽取國家著名的電池專家、中科院物理所黃學杰老師分享的鋰離子儲能電池技術及產業發展趨勢報告。
黃學杰：各位老師、同學上午好，我想因為剛才有了兩位非常好的報告，都講到了儲能非常重要。我特別同意蒙老先生的觀點，儲能今天不僅是在清潔能源，在電池高效利用，電動汽車量斗要好的電池。因為電池目前是重要的儲能。電池很簡單，從鉛酸、NiCd、NiMH、鋰離子電池，大家口袋里都有，今天誰也離不開它。所以說整個全球市場份額上來講，目前鋰離電池的容量還是整個裝機容量低于鉛酸，但是發展的勢頭已經超過了它。鋰離子電池本身概念很簡單，今天我們講鋰離子電池都是鋰離子電池。鋰離子在正負極之間流動。我們這里抽鋰離子抽到負極這一頭，就充上電了。放電鋰離子從負極到正極，中間關鍵材料隔開隔膜和電解質，今天電解質基本是液體，大家很關心它的安全問題。
什么樣的材料能夠作為正極材料，高電位還有鋰的化合物，構成它的正極材料。什么樣的材料構成它的負極材料。對金屬來講是低電位，又可以儲存鋰離子。無論通過什么樣的方式，通過嵌入或者合金化可以把鋰儲存下來作為負極。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池很重要，今天大家都很關心它的安全性，我會先講一下安全性。大家都會了解三星手機電池出了問題，導致三星公司市值在短短幾天之內下去了200多億美金，你就了解損失非常大。而且很有可能跟咱們華為公司創造超越它的機會。為何會有安全機會，電池里面負極材料是碳材料可燃，入鋰后電池充電后負極嵌入鋰后更加危險易燃，電解液是有機的溶劑，屬于可燃材料，隔膜是材料，也是易燃材料，就是說電池內部大部分材料是易燃物質，包括鋁，銅箔集流體。
有的東西不能減少，必須新增。比如說負極，電池有更高的能量，我們要更多的負極裝進去，你就了解它會很難減少，還要新增。有一件事情可以做到的，炸藥的量是沒法減少它，但是我們可以在雷管去掉，雷管變得穩定起來，我們可以提高它的正極穩定性。從制造、設計、應用上面來講防止它的溫度過高，雷管點著的時候才會起用途。所以說防止出現這種現象，一旦出現這種過熱，問題就來了，電池會越來越熱，你打電話手機開始發熱的時候趕緊把它扔掉，下一步就是泄氣，破裂，期貨，甚至有可能爆炸。所以大規模儲能，我們會把安全放在第一位。
怎么樣解決這個安全性，首先材料關系到安全性。為何講正極材料作為例子。正極材料變成一種氧化劑，強度決定我們電池安全系數。鋰離子電池不像其他電池，鋰離子電池材料很多，正極材料也有很多。大家口袋里是鈷酸鋰，可以讓我們同樣尺寸手機擁有最長的待機時間。還有錳酸鋰，還有磷酸鐵力、三元材料，我不細講這個事情。不同材料都有它的不同特點，有的是能量密度高，有便宜，有的壽命長。我們做儲能要求壽命長，更重要它必須是穩定，測量，拿熱分析。我們給它沖上電，跟電解液放在一起做熱分析，我們看它在什么樣的溫度下著起來。會開始發生發熱反應，今天我們講的最多三元材料，特斯拉汽車里面用的是鎳鈷鋁，這個材料跟電解液一起你的溫度到180，它非炸不可，你沒有東西制止他。特斯拉為何用這個東西，他這個材料做的電池能量密度高，他要追求充一次電跑500公里。美國人命關天，為何允許他做。鋰離子電池跟汽油不相同，鋰離子電池短路、發熱到爆炸的時間，一般都在三分鐘以上。特斯拉的車是智能化，能做到一旦監測電池過熱的時候，就快速報警，讓你的車停到路邊，你趕緊跑掉。前面人都跑掉了，后來在河南撞到大樹沒有跑掉，那個人可能已經死掉了。另外車子嚴重變形，人都不敢去，只能讓它炸掉。這種事情放在車上可以，你可不敢拿它儲能，因為你晚上睡覺的時候，你家里那個東西著了，那不行，你沒有時間跑。儲能我們要更穩定的電池，這里有一個材料，磷酸鐵鋰，它首先你把它跟電解液一起加熱之后，到了接近250度之后會放熱。你熱停下來之后，它就會自己冷下來。這個雷管你把他加熱到一定溫度，它會開始熱，但是你假如沒有持續的加熱，這個東西自己會冷下來，你就有了這個安全性的材料。我國的節能汽車要這種材料，因為這種材料滿足了我們大規模的從公交車到小轎車到物流車。因為咱們在前面的電池廠比較多，良莠不齊，萬幸我國人選擇這個材料，把這種正極材料產量做到全球最大。不是我國人材料產量最大，而是這個正極材料產量最大，我國把它做到了。這個過程中我們感謝兩位老先生，一位是鈷酸鋰、錳酸鋰材料發明人，他在80年代初發現鈷酸鋰，90年代的時候他快80歲發明磷酸鐵鋰，現在蒙先生快90了，這位先生也很可敬，94歲每天早上第一個到實驗室，還在一線工作。另外磷離子電子發明人M.Armand又是另外一個極端的例子，24歲發明了磷離子。他99年發現一個方法可以把它做成納米材料，這個材料開始起來。基于這樣的材料，儲能電池我們就有了較為安全的體系，這就是國家電網為何敢在張北分廠建那么大的儲能體系，進入一個安全材料。
第二關鍵安全材料不多，你必須要有安全的結構。我想因為時間關系，我不能細講。電池有圓有方，有軟包裝和硬。你的材料必須跟你的材料、應用相適應。你假如只是材料對了，你的電池設計，也是要出問題的。剛才講的看起來很簡單，制造技術很重要，裝備很重要。軟的電極做好了，方的做成扁的，看起來很簡單，這個不能隨便疊。日本老牌電池公司，由于百年歷史的老牌公司，犯了一個大錯，做這種高能量波音787飛機電池的時候，把本來應該疊的電池因為它的材料一個機械正負極膨脹，他采取比較方便轉讓式的結構，出事了。氫電池做出來沒有問題，波音怎么測怎么合格，裝上飛機之后，幾十個起降下來你們的電池變成這個樣子，硬件軟硬導致里面變形，燒掉好幾架飛機期貨。波音飛機八個多月不能起飛，訂單丟掉500多架，很嚴重的罰了他。你不能走碟片式，而是要走有效的結構，這點很重要。
好的電池配上好的結構，不僅僅讓你安全，讓你的壽命好起來，這是我們08年時候突破了這個磷酸電池。09年大電池拿到國際上的認證。這個也可以快速充電，這樣的電池，電力部門非常感興趣，這是EDF法國電力公司，08年拿到這樣的電池他們認真做測試，這個電池到底有多長的壽命。接近兩年測試，這個電池有超過6000次的壽命，6000次以后還有80%。高溫下面，在45度的情況下，5000次還有50%多的容量。這個就意味著你找到合適的材料性，你采取合適的結構，你會做出安全長壽命的電池。
今天鐵鋰離子電池跟鉛酸電池比，它的優勢顯現出來。不僅僅在壽命，在低溫下面有更高的容量。溫度的適應性很好，同時在大電流工作的情況下，也有更高的容量，這個就能夠體現出這個問題。還有跟磷酸鐵鋰離子電池更長壽命的電池是鈦酸鋰做負極。拿這種穩定材料做負極，你可以看到大電流沖犯沒有問題。這種電池壽命是在2萬次以上，甚至更高。但是現在鈦酸鋰離子電池做普通儲能遇到一個問題，它的壽命是幾萬次，價格比普通電池高一倍，市場部接受它作為能量型的儲存，但是作為功率型的儲存。
長壽命電池，為何測不同的溫度。電池壽命跟溫度有關系，我們可以看到在全球平均溫度地區，大部分地區平均溫度還是比較高，適合人類居住地區平均溫度都是比較高，本身企穩就在20多度，加上電池本身發熱，很容易到40或50度。我們說要耐高溫的電池，就變得很重要。
很多的儲能體系，這是我在鉛酸創新大會上講的，他們希望我給他做一個比較，今天還有一些鉛酸電池運在儲能系統上。因為它的壽命比較短，剛開始它的付的錢很少，你假如要把壽命因素算進去，磷酸鐵鋰離子電池已經在某些應用產品優于鉛酸。鉛酸行業每年開創新大會，開了四屆，剛開始他了解我是做鋰電一定請我去，怕你到外面反對鉛酸，你受教育。我去了三次，我去了做一個報告。作報告的結果就是今天所有鉛酸廠全部投資做鋰電。到了今年鉛酸創新大會還是歡迎你來，但是不允許你作報告，只能主持一場會議，這是一個玩笑話，確實行業發展很明顯。
有很多很多儲能體系，我不細講，保國教授有很好的敘述。我從效率上面來講，電池還是最高的。我們可以看到像采用電池的儲能，能量拿出來和儲存進去的能量效率比大概是90%。這個就為何國家張北分廠建了非常大的磷酸鐵鋰體系，運行好幾年，運行非常好。剛開始建也是提心吊膽，現在幾年下來證明效果很好。好多兆瓦級的儲能項目，還有功利型的調解，調頻和電能質量。既有高功率磷酸鐵鋰離子電池，這個公司已經被浙江萬向集團收購了。對這種功率的調節，鈦酸鋰離子電池可以看到能夠在20毫秒之內快速響應，所以說已經開始能夠起到很好的用途。
大家都了解電動汽車發展很快，因為今天這個會是儲能會，我還是要說一下將來的電動汽車跟儲能的結合是越來越緊密，每個家庭都有電動汽車的時候，其實你的電動汽車的話就是你的儲能，可以把低谷電儲存起來，白天一部分拿來開車，多余的電可以用來回饋給電網。現在國際上像ABB都有專門的項目，跟美國一些公司、我國一些公司都有合作。
未來實際上是有關電動汽車來講，它開車不僅僅是一個交通工具，也是一個儲能，跟我們這個結合起來也是很有價值的事情。我國的電動汽車產業在快速的發展，你可以看到政府有很大的支持，經過運行之后到2015年到50萬輛，我們目標到2020年的時候到500萬輛。要實現這個目標，現在政府很大補貼，政府要取消補貼，靠電池技術的技術，不僅是壽命跟技術指標，還有它的價格，50%的下降，降到一半。就跟太陽能相同，正因為過去十幾年努力，價格從每瓦30多塊錢降到每瓦3塊錢，還要往下降。鋰電剛開始很高的價格，剛開始2塊錢一瓦時，緊接著到一塊錢1瓦時。
電動汽車產業鏈的發展支持電池，無疑也就會為儲能帶來機會。一個是電動汽車本身就是儲能單元，第二就是這個電動汽車拿下來之后還能儲能，二次利用，產業機會非常好。整個鋰電產業從剛開始，80年代的863啟動的時候，20多年，現在快30年走下來，一步一步走，從剛開始仿造，進口材料，到今天大部分材料國產化，我們重要一些材料成為重要的生產國和出口國，一步一步走下來。所以說從IT、3C電池到動力鋰離子電池到儲能電池，到現在我國已經站在一個比較好的位置。太陽能咱們已經站在很好的位置，同樣儲能的電池也站在一個很好的位置。
可以看到到2020年的時候，能量型的電池重要不僅僅是功率上升還有壽命上升，五千到一萬次。在1塊錢以內。這種情況下，我儲存一度電，90%的效率只要1毛錢。這是電池技術的進步會帶來的貢獻。
后面我想簡單講一下，負極材料也是30年，有一些基準材料。往里加合金是97年提出來的。中科院也在廣州建立工藝裝備平臺，大規模裝備對全國的開放，而且生產型的裝備，不是幾米，是幾十米，這個是為行業作貢獻。同時在北京有一個專項，我們對它的分析，對這種從材料到電池，從表面到界面，熱學分析，對全球開放。今天整個行業具備很好的發展條件，需求也很明確，所以鋰電必然在儲能方面發揮更大的用途。同時我們也在感覺無論是能量型的儲存還是電能質量提升，他都會起用途。跟其他的儲能一起，盡可能的減少火電站的建設的數量。我想減少每個利潤，為環境質量作貢獻。這個就是我的報告，謝謝。
(本文系依據會場速記文稿整理，略有刪節，紕漏之處,敬請見諒)
