中國儲能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長沙市人民政府、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合主辦，100余家機構(gòu)共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨第二屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新能源、新機遇、新高度”。
會議期間，組委會邀請了時代聯(lián)合研究院院長楊暉分享主題報告《大圓柱電池在用戶側(cè)儲能領(lǐng)域的應(yīng)用》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
楊暉：尊敬的會議組織方，各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家同仁，非常感謝會議組織方給我這個機會來匯報工作。
我是時代聯(lián)合研究院院長 - 楊暉，我今天匯報的題目是《大圓柱電池在用戶側(cè)儲能領(lǐng)域的應(yīng)用》。
今年夏天，全國大面積高溫干旱，居民用戶的制冷需求瘋漲，就連水電資源豐富的四川省，也從7月高峰時期電力緊缺，演變到8月全天電力缺乏的局面。為確保電網(wǎng)安全和保障民生用電，四川省經(jīng)濟和信息化廳和國網(wǎng)四川電力公司聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于擴大工業(yè)讓電于民四川范圍的緊急通知》，從8月15號開始對四川電網(wǎng)所有工業(yè)電力用戶停了5天電，全面實施讓電于民。
讓電于民政策讓民生用電問題得到緩解，但是怎樣才能更好在民生用電和工業(yè)用電之間達到平衡？改善民生，這就是我們要大力發(fā)展用戶側(cè)儲能的核心意義所在。
早在去年7月15號，發(fā)改委、能源局就頒布了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，鼓勵用戶側(cè)儲能建設(shè)，提出了完善峰谷電價政策，鼓勵對用戶側(cè)儲能提供一站式服務(wù)，為用戶側(cè)儲能創(chuàng)造了極大的發(fā)展空間。
用戶式儲能其實就是一個小型儲能電站，在參與園區(qū)、商業(yè)區(qū)設(shè)備供電的同時，可以進一步降低電網(wǎng)負荷，穩(wěn)定電網(wǎng)安全，有效降低用電高峰時拉閘限電的影響，確保企業(yè)正常生產(chǎn)，或者商業(yè)區(qū)正常運行。
其次，用戶側(cè)儲能可以充當(dāng)備用電源的角色，以應(yīng)對臨時斷電、停電的風(fēng)險，保證生產(chǎn)正常運行。
隨著我國峰谷電價政策進一步完善，用戶側(cè)儲能目前也具備了良好的峰谷套利，在局部地區(qū)具備良好的盈利模型。
從去年開始，用戶側(cè)儲能利好已經(jīng)逐步顯現(xiàn)，但是怎么規(guī)?；l(fā)展仍然面臨著一些問題，主要體現(xiàn)在三方面：
一是儲能電站本身的安全性：
儲能電站用的電池和電動汽車用的電池目前都是以鋰離子電池為主，儲能更偏重磷酸鐵鋰電池，因為磷酸鐵鋰電池安全性相對好一些，但是近些年基于磷酸鐵鋰電池的電動車或儲能電站的安全報道仍時有發(fā)生。
據(jù)不完全統(tǒng)計，截止目前，全球累計記錄儲能電站起火70余起，僅今年上半年就有17起，因為儲能電站所用電量是十倍、幾十倍、甚至300倍于電動汽車，每一次儲能電站的安全事故，都會給我們帶來巨大的經(jīng)濟損失以及慘痛的教訓(xùn)。
二是回本周期不一樣：
用戶側(cè)儲能目前主要盈利模式是峰谷電價套利，但是各省峰谷電價政策不一樣，沿海省份，像浙江、廣東、江蘇、山東、上海峰谷電價差價大一些，浙江存在兩次峰谷差價，在這些地方用戶側(cè)儲能可以在比較短的時間內(nèi)收回成本并盈利，但是內(nèi)陸城市峰谷差價不明顯，用戶側(cè)儲能電價差達不到回本的要求。所以我們可以看到，用戶側(cè)儲能在沿海地區(qū)，在浙江、山東發(fā)展的勢頭比較迅猛。
三是針對不同用戶群體，如商業(yè)群體、工業(yè)群體，每個群體都有各自的訴求，每個項目都存在差異，沒有標(biāo)準產(chǎn)品可以同時滿足所有用戶需求，項目可復(fù)制性比較差。
儲能電站安全可以從四個層面來看，電芯層面、系統(tǒng)層面、運維層面以及整個項目層面，其中電芯層面的電芯安全，又是整個儲能系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)。電芯不安全的話，上面三個層面的安全無從談起，只有在電芯安全相對安全的基礎(chǔ)上，才能考慮怎么進一步提高系統(tǒng)安全，保證運維安全，最后保證項目的安全。
時代聯(lián)合在電芯安全方面，我們最開始介入原儲電芯的時候就把安全擺在首位，我們做了三方面工作來提升原儲電池的安全性：
首先，我們采用的是最成熟的大圓柱電池卷繞工藝，結(jié)合大圓柱電池的連續(xù)涂布技術(shù)，降低了極片本身的毛刺和粉塵產(chǎn)生幾率，同時基于多元經(jīng)驗解決了卷入過程中硬力和C角問題，從電芯內(nèi)部提升了電池的安全性。
其次，在電芯本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，我們引入了低壓力雙向安全閥系統(tǒng)，這個雙向安全閥具有高靈敏、可恢復(fù)的特點，可以自動平衡電池內(nèi)外氣壓，使得電池萬一內(nèi)部有氣體沉積的話，可以及時排出，保證電池內(nèi)部不會在高壓力情況下工作，同時具備及時閉合功能，防止外部空氣和水分浸入，進一步提升電池安全性，安全可靠性覆蓋電池全生命周期。
最后，我們采用了大圓柱全極耳技術(shù)，可以保證非常好的電流密度分布，確保在大功率工作情況下，具備更好的電流通過性及更少的發(fā)熱量，進一步穩(wěn)固了電池的安全性。
在保證電池安全的前提下，如何降低第一次進入成本和使用成本，也是我們需要思考的關(guān)鍵。
第一次進入成本是我們要保證低制造成本，時代聯(lián)合對于正負極采用的都是水性涂布技術(shù)，采用去離子水作為電池溶劑，節(jié)省了NMP成本，減少了生產(chǎn)過程抽濕耗能，還節(jié)省了正極車間建造和運維成本。
其次，首創(chuàng)的15道鋰離子電池生產(chǎn)工藝，僅需15道工序就可以完成電芯的制程，相當(dāng)于其他電芯二十幾道、甚至三十幾道工序，減少了生產(chǎn)設(shè)備的投入和生產(chǎn)耗能，滿足電化學(xué)儲能經(jīng)濟性需求
在多研制造基礎(chǔ)上，我們優(yōu)化了電芯本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以50Ah電芯為例，在25度，0.5C倍率的情況下，6000周的循環(huán)后還有70%的容量保持率，有效降低了使用成本，有利于大規(guī)模推廣。
這是時代聯(lián)合的用戶側(cè)儲能示范站，單套儲能系統(tǒng)是230度電，里面用的是我們左上側(cè)看到的6P12S大圓柱電池模組，整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率在90%左右，目前我們公司共有3套儲能柜并聯(lián)使用，未來計劃擴展成7套，來進一步擴大儲能電站的用電量，滿足我們公司自己在高峰時期生產(chǎn)和辦公的用電需求，目前已在湖南、山東、浙江等多個地區(qū)投入運營。
下面看一下我們的運營數(shù)據(jù)。
我們公司的儲能電站是從5月份開始運營的，采用兩充兩放，到8月份每月穩(wěn)定營收在2萬左右，9月份的收益為2.2萬元，保守估計4年可以回本，預(yù)計隨著峰谷電價差的進一步拉大，投資回報期將進一步縮短。
為了應(yīng)對目前儲能市場不同用戶和不同產(chǎn)品需求，我們也在豐富產(chǎn)品規(guī)格，下一代會推出75ah和100ah的儲能電池產(chǎn)品。同時應(yīng)對目前碳酸鋰價格高漲，我們計劃用沉重鈉離子增極結(jié)合硬碳，推出了全球首支超三元處理的鈉離子電池，很快我們就會出樣品，并進行試用。
我們研究院跟南京工業(yè)大學(xué)合作，在磷酸鐵鋰材料新工藝嘗試做了大量工作。因為磷酸鐵鋰目前是儲能的主能材料，需求非常旺盛。從2020年的14萬噸，到2021年的42萬噸，今年肯定會突破一百萬噸，發(fā)展呈指數(shù)增長，但是統(tǒng)計表明，他們非常關(guān)注磷酸鐵和磷酸鐵鋰市場的發(fā)展，多次指出磷酸鐵產(chǎn)能的擴展和磷酸鐵鋰產(chǎn)能擴張存在不匹配性，明顯落后于磷酸鐵鋰，目前整體涂層GAP會差幾十萬噸的樣子。
我們總結(jié)分析過，也跟業(yè)內(nèi)討論過，我們認為磷酸鐵鋰本身的生產(chǎn)工藝，是工藝沒有跟上產(chǎn)能的發(fā)展。因為用磷酸鐵來做電池極的磷酸鐵鋰，本身對磷酸鐵的要求很高，從產(chǎn)品純度，顆粒大小，粒徑分布與表面都有非常高的要求。以往在磷酸鐵需求量比較小的時候，每年幾萬噸、十幾萬噸的時候，單條線各個廠家都做得非常小，用的都是兩到三立方的反應(yīng)弧，現(xiàn)在驟然產(chǎn)能擴大，這些大廠投產(chǎn)的時候，會把產(chǎn)量放到30噸，50噸，甚至一百噸。
據(jù)我們所知首次一百噸以上的目前成功的很少，可能只有一家，并且還是基于磷酸和氫氧化鈉，不是基于磷酸氫氨的?；诹姿釟浒狈诺胶艽蟮姆磻?yīng)弧基本上沒有聽說過有成功案例。原因是因為在反應(yīng)弧中間磷酸亞鐵和磷酸硅混合之后，在過氧化氫的作用下，再用氨水或者燒結(jié)的時候PM值，沉降是指磷酸鐵的過程中間，這個過程中對混合非常敏感，意思就是說它對局部微環(huán)境、溫度、PH值，以及這個微環(huán)境中間反應(yīng)物的劑量比都會影響最后產(chǎn)品本身的性能。在反應(yīng)弧比較小的時候，理想混合比較容易達到，但是反應(yīng)弧放大到10倍，到30方，60方，甚至100方的時候，這個混合問題很難解決，會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。
基于這個原因，我們提出了采用連續(xù)化工藝，完成反應(yīng)沉降以及晶粒生長，同時在反應(yīng)物過濾，我們引用了陶瓷膜，做到整個過程的連續(xù)化，到噴霧干燥，甚至連著噴霧干燥這一塊，我們都是連續(xù)化的工藝。連續(xù)化工藝的優(yōu)勢一是穩(wěn)定性好，二是廢水量少了很多，傳統(tǒng)工藝廢水一般是在50～70噸，我們采用連續(xù)化新工藝之后廢水可以控制在30噸左右，這樣能耗降低了。連續(xù)化可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，自動化程度高，用人成本也低。能耗減少，只有傳統(tǒng)的50%左右，綜合成本降低10%左右。
在電芯安全方面，剛才我們介紹了時代聯(lián)合，我們的大圓柱系統(tǒng)在電芯層面相對來說是比較安全的。在模組和系統(tǒng)安全方面，我們計劃引入氣凝膠，我們做了一些前瞻性工作，因為氣凝膠是目前最好的絕緣材料，熱導(dǎo)率比空氣還小?？諝馐?.023，氣凝膠可以做到小于0.02，同時氣凝膠密度很低，只有水的1‰的密度。這樣我們把氣凝膠用于電池系統(tǒng)，有一個好處，它基本上不拉低系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度。
在做實驗的時候，我們相當(dāng)于直接用了最危險的電池—軟包電池，我們現(xiàn)在還不是做的鐵鋰，我們直接上了高鎳三元811，負極是硅碳，整體電芯是65安時，能量密度有320瓦每公斤。對于這樣的電芯氣凝膠可以起作用的話，將來再把它用于鐵鋰的話，安全性完全是有保證的。我們避免電芯發(fā)熱失控的時候燃爆是非常劇烈的，溫度可以到1300℃。我們在實驗室內(nèi)用了一小塊加熱原件，用304加到一起會引爆一號電機，我們希望做到用氣凝膠來隔斷熱蔓延，使得2號電機不發(fā)生燃爆。
這是我們的實驗結(jié)果，跟大家匯報一下。我們實驗用了4種不同厚度的氣凝膠，1.2、1.8、2.3、2.8，在加熱板加熱之后基本上是在110秒左右，第一顆電芯就燃爆了，劇烈燃燒得很厲害，這個會維持30秒左右。從這個結(jié)果我們可以看到，1.2毫米和1.8毫米的氣凝膠還不夠厚。1.2毫米氣凝膠在第一顆電芯燃爆50秒之后它也會被引燃，第二顆1.8毫的電芯在第一顆電芯燃爆100秒之后也會被引燃，但是只要氣凝膠厚度達到2.3毫米，第二顆電芯就安全了，它不會發(fā)生電池反應(yīng)，2.8毫米更是如此。證明我只要用2毫米左右的電芯，對于能量密度高達320瓦每公斤的高粒三元硅碳電池可以阻斷它的熱蔓延。可以想象，將來我把它用在無線或者是磷酸鐵鋰電池的時候，只要是合理試劑，其實可以極大提高整個系統(tǒng)的安全性。
下來看兩個視頻，這是1.8毫米的，這是2.3毫米的，這是完全阻隔。
（視頻）加熱很快，第一顆電芯就發(fā)生了燃爆，這個燃爆會維持30秒鐘左右，這個火焰慢慢弱下來，高溫能到1300度，接下來在1000度以上的時間會維持十幾秒，然后慢慢到900度，800度。
這是氣凝膠，1.8毫米的氣凝膠不能完全完成熱阻隔，后面再過二十多秒，這個電芯表面溫度已經(jīng)超過了200度，在220～230度的時候這個電芯很快也被燃了，我們看一下第二塊電芯也很快被引燃。
我們看一下這是2.3毫米的，能夠成功阻斷熱蔓延。第一顆電芯被引燃，一樣的會持續(xù)30秒左右，最高溫度1300多度也會持續(xù)十幾秒，等火焰慢慢滅掉之后，這邊還是可以看到這邊是通紅的，達到了八九百度的溫度。旁邊的電芯在整個過程中，十分鐘，二十分鐘一直維持相對安全的狀態(tài)，沒有燃爆，盡管2.3毫米的電芯實驗完了之后拆下來，電壓還在，但是充放電已經(jīng)不正常了，而2.8毫米的電芯電壓也在，充放電的時候還能保證一定的容量，但不是全容量。盡管電芯受到了一定影響，但是我們最重要的目的是防止單顆電芯出現(xiàn)熱失控產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而使事件走向不可收場的地步。
因為時代聯(lián)合做的是大圓柱電芯，因為單個電芯相對安全，所以對于單個電芯本身被動安全，我們可能不打算用氣凝膠鞏固了。時代聯(lián)合在存儲成系統(tǒng)的時候用的是6P12S，我們會把很多模組排在一起。我們計劃設(shè)定用氣凝膠在模組和模組之間做一個阻隔，萬一有一顆電芯出現(xiàn)問題的話，我們希望不要在模組之間迅速引發(fā)連鎖反應(yīng)，為整個系統(tǒng)進行搶救滅火，提供充足的時間。
最后和各位匯報一下時代聯(lián)合公司整體情況。
湖南時代聯(lián)合新能源專注于大圓柱電池的研發(fā)、制造及應(yīng)用已經(jīng)超過13年，核心團隊成員都有15年以上的從業(yè)經(jīng)驗，在湖南省邵陽市有1G瓦時產(chǎn)能在運行，目前源源不斷向各地輸送，4G瓦時在建，未來計劃是10G瓦時，用來滿足儲能電池及工程機械電池需求。
以上就是我與大家分享的內(nèi)容，如果大家對大圓柱電池感興趣，或者對氣凝膠用于提升電池安全、磷酸鐵鋰連續(xù)化生產(chǎn)工藝感興趣，歡迎一起交流探討。
謝謝大家，謝謝會務(wù)組！
