鉅大LARGE | 點擊量：896次 | 2019年05月15日
關于儲能鋰離子電池關鍵材料、應用及失效模式的研究
4月24-26日，由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日下午的“儲能電池與技術應用（下）”專場，來自哈爾濱工業大學的王振波教授在會上分享了主題報告《新形勢下的儲能應用》，以下為演講實錄：
王振波：下面是我的報告，我是來自哈爾濱工業大學的王振波，我的報告題目是“儲能鋰離子電池關鍵材料、應用技失效模式研究”。
我從以下六個方面給大家介紹我的報告內容：
大家都知道，昨天秘書長說了一些整個儲能的分布，我們2017年整個電化學儲能是1.6GWh，今年我們增加到了6.5GWh，增加到了3.5%，去年是1.1%，有3倍多的增加，所以儲能的增長趨勢還是很快的。
從2018年前三個季度來看，電化學儲能由于自身比較靈活、且對場地等的適應性好的特點，所以增長速度非常快，比如2018年前三個季度就已經達到了4037MW，總體上來說增長速度是非常快的。從目前來說，2017年新增的裝機來看，前十的國家應該是美國、澳大利亞等，我們國家排到了第五位。
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%
這是全球儲能技術的供應商排名，今天是南都的主場，南都在我們國家整個儲能領域市場占有率是比較棒的，前兩位是LG化學和三星SDI。
從所有二次電池中，鋰離子電池由于它自身的特點，在整個儲能領域是非常受歡迎的。2017年全球的化學儲能整個裝機59%是鋰離子電池，2017年新增的93%是鋰離子電池；2018年這次儲能會之后秘書長可能會公布更新的2018年的數據。從2011年—2017年整個全球的鋰電市場發展來看，鋰電池由于成本、技術、政策等原因，市場可以說還處于導入期。預計“十三五”末期能達到千億的市場，甚至在不久的將來化學儲能能達到萬億的市場，我認為這個預測太過于樂觀了。我們應該理性的看待儲能這樣一個市場。的確是在增加、的確是在發展，但是我們不能把它看的樂觀了。
接下來是我自己的工作，我們在材料上，對于這種材料大家都不陌生，目前523還是主流產品，622大家也在用，811科技部一直在推，我們在這里也做了一些工作，比如說我們把截止電壓提升到4.6V，它的克容量就有大幅提升。我想這種材料會在我們的鋰離子電池市場還會有更大的發展空間。我們也對它進行相關的，比如用鈦、鉬也進行摻雜處理，可以做到500個循環，容量保持率還有89%。
如何提高電池能量密度，為什么我們現在的手機電池一直是鈷酸鋰電池？就是因為我們的鈷酸鋰正極材料壓實密度能做到4.5g/cm3以上，而我們三元電池正極材料做到3.6就已經是大限了，所以我們如何提高壓實密度是我們要做的事情。我們這里也做了一些工作，大顆粒核和顆粒進行復配，在一定程度上提高它的振實密度。這種方法為企業既節省了原材料，又創造了效益，同時把企業的廢料很好的利用上。
這是我們在長26米的爐子上，自己燒的一些工業化的產品，目前我們有一些出貨，克容量155mAh/g，這是在3安時左右全電時做的，1000次循環容量保持率大于83%。
622三元材料未來也應是一個很好的正極材料，現在我們國家一直在推高比能量的正極材料，因為要達到300瓦時/公斤，所以好多企業想從523一步跨到811或者NCA。但是這里還會存在著很多很多的問題，所以我們還是要回過頭來想辦法把我們的產品一步一步的，因為科學發展是有規律的。所以我們想622的這種產品未來有沒有可能取代523呢？是有可能的，所以622我們也做相關的這方面的技術準備，對整個鍛造工藝技術等做相關方面的研究。
NCA三元材料可能更合日韓的胃口，特斯拉電池用的就是這種正極材料；但是對于我們國家還是有問題的，因為我們的鋰離子電池生產制造過程中，過程管理和控制還有很多需要解決的問題，尤其是水分的控制，國內企業無論如何都達不到NCA所要求的這種低水含量要求，因此我們國家退而求其次，采用的是811路線，但是NCA材料未來會有很大的應用前景的。
我們現在也在做無鈷的材料，5V的高壓鎳錳酸鋰正極材料，沒有鈷元素，電壓平臺達到4.75V，我們在實驗室已經做到了5C/3000次的循環，容量保持率達76.2%。我們也可以根據市場的需要來做不同的產品，比如我們做球形的、中空的或者多孔的材料，未來這種材料可能“十四五”期間會是很好的發展，我們也在做全電極，希望正、負極、電解液等有很好的匹配性。目前電解液確實是非常難的問題，材料做好了，但是和整體上相匹配也是很大的問題。
除了它之外我們“十四五”期間還會干什么呢？離產業化最近的就是富鋰錳基正極材料。我們實驗室3C充放電條件下，400次循環，容量保持率達87.7%。“十四五”期間這種材料會有很好的發展前景，無論和硅碳配合，還是和石墨配合，都可以達到300、320甚至350瓦時/公斤的能量密度。但它存在的致命弱點也是和電解液如何匹配的問題。
在鋰離子電芯研發方面，我們企業合作做了一些工作。
這是磷酸鐵鋰和碳匹配鋰離子電池性能參數，低溫在零下20度，1C放電時還可以放出常溫的75%左右。這是4000次的充放電曲線，一致性還是很好的，還剩81%。我們用三元的做到220瓦時/公斤，也可以實現3C充、8C放這樣一個充放電倍率，可以做2500次，容量保持率為87%。低溫、高溫、倍率上都有很好的表現。這是兩只電池，循環是2500次，容量保持率都在85%左右。這是我們做的鈦酸鋰電池，可以實現15C充放，7800次，容量保持率為81%。這樣的電池對我來說不會是大眾產品，可能是小眾，在某些領域會有很好的應用。
如何能做好一個電池？我們做了很多這方面的研究工作，其實影響因素非常非常多，如何把整個技術和成本控制好，是一個非常關鍵的問題。
這里我們做了很多的工作，比如我們做了一些正、負極勻漿分散的影響。包括整個漿料組成、勻漿工藝等對性能影響是非常大，如果我們做得好的話正極可以是光亮無顆粒、柔性很好的，但是做的不好就會出現很多很多的問題，都會影響鋰電池最終的性能。
此外我們在電池裝配比方面也做了一些工作，裝配好可以做到1千次以上，如果做的不好，前期容量很高，但是循環性能卻是很差。
這是電池的裝配情況，整個不平整了，而且中間存在縫隙，這樣一定會影響電池的性能。而日本湯淺卷繞電池，中間是鼓的、兩邊是凹的，這個軟包電池兩邊已經發生收縮了，所以整個電池出現了凹陷，性能也會有很大的下降。
在整個電芯生產過程中，日本的電池做的非常好，控制點是非常非常多的，我們國家能有多少呢？你們比我要更清楚，所以我們每一個位置，比如負極的烘烤、毛刺、粉塵等等，不是簡單的挖一個人過來就能把電池做好的，所以我們真正要下到一線去做一些踏踏實實的研究工作。
水分對鋰離子電池來說真的是非常非常重要的，如何把水分控制好是非常重要的事，整個軟包電池這里面存在很多很多的問題，水分控制不好真的會致命的。
這里頭水分控制好了會出現什么問題？大量的是成本的增加，壓縮機功率要迅速增大的，增大就要耗電，成本就會顯著增大，所以好多企業適可而止，最終絕對不會做出好的電池來。
結構對電池性能也會有很大影響，比如做的是軟包電芯可以做到8千次，方形只能做到4千次；三元的軟包可以做到4千、圓柱的可以做到2千，18650的可以做到2千，電池結構對性能有很大影響。
我們和企業合作做了一些特殊應用的電池，比如小型的，這是做到45安時的示范。
未來的儲能市場是什么樣的？未來儲能市場前景是很好的，可以說前途是光明的，但道路是曲折的。我們國家在2016年應該是整個儲能市場的元年，非常密集的出臺多項助推政策，對我們儲能領域做了非常多的政策上的驅動。預計國內的電化學儲能裝機，2017年389.8MW，到2018年應該在560MW以上，所以未來我們的增長率是非常大的，但是我們的基數很小，所以即使增長率再高，相對來說，整個數值也不是很大的。到2017年整個國內電化學儲能市場統計來說，鋰離子電池占了98%，未來隨著鋰離子電池成本、技術方面的進步，整個市場還會繼續的擴大。到2020年，國內儲能鋰電的預期應該在2020年會達到16.67GW，所以剛才我問到底什么時候能達到萬億？我對此還是有懷疑的，但是前途絕對是光明的。
我們國內新增的電化學儲能裝機容量前十省份，因為各個省份的能源結構不一樣，所以各個省對于整個儲能的需求也是不一樣的。比如江蘇，在我們國家市場是最大的。
未來我們會存在著什么問題？電池技術真的有待于進一步提高，我們國內從98年開始生產鋰離子聚合物電池，經過了20多年發展，鋰離子電池技術有了很大的進步。但隨著人們生活水平的提高，對鋰離子電池性能也提出了更高要求。現在來說還無法滿足我們用戶對于鋰離子電池技術的需求，所以還需要我們扎扎實實的做些研究工作。這兩天有很多技術方案、概念出來，其實我們整個運營還是不成熟的，包括很多概念都出來了，但是利益如何分配就是很重要的一個問題。最后融資比較困難，儲能領域也是這樣的，我們真正希望鋰離子電池行業能夠健康的發展，而不是去炒作。
未來我們應該在一個智慧電網控制下的智慧城市下生活，這是我們的前景，而且我們這里需要燃料電池、電化學儲能、調峰等方方面面的電化學相關的這些能源，我想未來我們的前景一定是光明的。21世紀是新能源的世紀，所以我們相信新能源一定讓我們的生活更美好。
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