中國儲能網(wǎng)訊：9月10-11日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院、南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院聯(lián)合100余家機(jī)構(gòu)共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會在深圳召開。此次大會主題是“綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、發(fā)展”。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的600余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1317位嘉賓參加了本屆大會。
11日下午，山東精工電子科技股份有限公司高級工程師郭鑫受邀在“儲能材料、回收與裝備專場”分享了主題報告，主題為《電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用及性能成本雙驅(qū)鋰電池材料的開發(fā)》。
郭鑫：尊敬的各位來賓，大家下午好！今天很榮幸受到組委會的邀請來給大家匯報關(guān)于“材料—電池儲能系統(tǒng)應(yīng)用及性能成本雙驅(qū)鋰電池的開發(fā)”。
主要從以下四個部分進(jìn)行介紹：
第一部分簡單介紹儲能背景。因為大家對能源的概念并不陌生，所以在這里我也不過多贅述。接下來主要介紹電池的存儲部分。當(dāng)下電池的存儲體系包含電化學(xué)、靜電、機(jī)械類、熱能類等。據(jù)統(tǒng)計顯示，新型儲能方式應(yīng)用逐年增加，特別是鋰離子電池。在新型的儲存應(yīng)用中鋰離子電池占據(jù)主導(dǎo)地位，其它的還有鉛蓄電池、液流電池，占比還是比較少的。從美國以及歐洲的電化學(xué)新增裝機(jī)容量、我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及電池在2050年中國電池發(fā)展格局中占比可以看出，儲能技術(shù)的發(fā)展是解決未來的能源危機(jī)以及實現(xiàn)2060年碳中和的關(guān)鍵性技術(shù)。放眼全球，解讀我們國家和其它國家關(guān)于儲能技術(shù)發(fā)展的相關(guān)政策。從這些政策來看，市場對于電能的需求還是比較大的，這得益于各國對于綠色能源的支持和發(fā)展。
第二是電化學(xué)儲能——鋰電池。
我們山東精工電子科技股份有限公司生產(chǎn)的鋰電池涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域，從一般的家用電器、電動工具到電動自行車、電動汽車，以及儲能柜和智能制造領(lǐng)域都有。我們公司是國內(nèi)最早一批通過中國船級社認(rèn)證的鋰電企業(yè)，這使得鋰電在船舶及海上平臺上得以應(yīng)用。
目前儲能電池主要應(yīng)用于調(diào)峰調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)和微電網(wǎng)等領(lǐng)域，當(dāng)前，我們都希望儲能電池的使用壽命能大于10年。另外從2017年到2020年的我國儲能電池出貨量年均復(fù)合增長率66%可以看出，儲能電池在未來的發(fā)展中將更加迅猛。對比當(dāng)下主流的儲能電池各項技術(shù)指標(biāo)，可以看出鋰離子電池特別是磷酸鐵鋰電池，它的綜合性能比較強(qiáng)，目前它的生產(chǎn)制造技術(shù)也趨于完善，已處于商業(yè)應(yīng)用階段。圖中是磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)示意圖和它的充放電基本原理示意圖。磷酸鐵鋰圓柱電池有很多的類型：21700、32700、大圓柱和方形等等，對比不同磷酸鐵鋰的重量比能量，可以看出大圓柱的重量比能量比常規(guī)圓柱高20%左右，方形的重量比能量是最高的。從體積比能量來看，21700和大圓柱的體積比能量占據(jù)優(yōu)勢。隨著鋰電池儲能技術(shù)的快速發(fā)展，國家電網(wǎng)對其在能量密度、倍率特性、能量利用率、循環(huán)壽命等方面提出要求。同時這四個方面對應(yīng)于儲能運(yùn)行的四個特性：能量的有限性、雙向調(diào)節(jié)能力，以及能量的損耗成本，特別是影響壽命以及成本。
說到成本問題，我們接下來就要談一下第三部分，性能成本雙驅(qū)鋰電池的開發(fā)。電能成本=靜態(tài)成本+充電成本+轉(zhuǎn)化損耗。在0.5C下，電能成本和充電成本接近成正比。當(dāng)市場差價大于電能成本時，儲能放電能獲得較大的收益。說到成本，我們就要考慮到對成本的控制，當(dāng)下對電化學(xué)儲能成本的控制目標(biāo)是實現(xiàn)達(dá)到低成本、長壽命、高安全、易回收這四個目標(biāo)。從電化學(xué)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性來看，目前抽水蓄能的度電成本是當(dāng)下最低的，而里程成本中磷酸鐵鋰電池的成本是最低的，這對于儲能技術(shù)的發(fā)展特別是磷酸鐵鋰電池的發(fā)展來說是一個機(jī)遇。關(guān)于電化學(xué)儲能應(yīng)用端，當(dāng)下主要處于用戶用電階段。我們集團(tuán)生產(chǎn)的鋰電池95%用于國外出口，主要銷往美國、澳大利亞、歐洲等國家和地區(qū)。
接下來關(guān)于性能成本雙驅(qū)鋰電池開發(fā)的四個方案：
方案1：低成本系統(tǒng)制造：數(shù)字智造+高能一致性。我們公司搭建了數(shù)字化智能車間，通過采用PLM系統(tǒng)、生產(chǎn)MES系統(tǒng)和BPM系統(tǒng)以及財務(wù)ERP閉環(huán)管理，實現(xiàn)了對產(chǎn)品制造穩(wěn)定性的管控。
另外根據(jù)密堆積理論，開發(fā)壓實密度高的正極材料，有助于提高電池的體積比能量。特別是當(dāng)壓實密度達(dá)到2.7g/cm3時，磷酸鐵鋰的體積比能量能提高13.3%。關(guān)于鋰電池的全氣候適用性。在不同溫度不同的倍率范圍下，我們公司的磷酸鐵鋰電池在-20攝氏度時，低溫放電的放電量能大于70%，而在-40攝氏度時，它的低溫放電量高達(dá)到58%。
方案2：長壽命設(shè)計。磷酸鐵鋰電池的使用壽命是當(dāng)下關(guān)注的焦點(diǎn)，我們公司通過碳包覆技術(shù)合成了電導(dǎo)率高、石墨化程度高的磷酸鐵鋰材料，從材料上進(jìn)行改性，從而實現(xiàn)了3800mAh電芯在5C充放電下循環(huán)8000周，容量保持率仍大于70%，同時3200mAh的電芯在1C充放電條件下循環(huán)4000周，容量保持率能大于80%。
方案3：安全控制技術(shù)——鋰電池。鋰電池的安全是不可忽視的，針對安全方面的控制技術(shù)可分為兩部分改善，一方面可以采用熱穩(wěn)定性、低溫性和導(dǎo)電性好的新型鋰鹽與表面形成穩(wěn)定SEI膜的新型電解液添加劑協(xié)同作用，提高電池的極端環(huán)境適應(yīng)性和高溫儲存的長效性。另一方面采用BMS內(nèi)短預(yù)判，PCS單簇管理和熱管理等技術(shù)，從根本上提高電芯的安全性。
方案4：倍率放電。針對于倍率放電性能，可以通過改善磷酸鐵鋰材料的碳化工藝，納米化結(jié)構(gòu)的控制和漿料設(shè)計以及流變性，從而提高磷酸鐵鋰電池的倍率放電特性。其中關(guān)于漿料的流變性，可以通過控制磷酸鐵鋰材料的納米化形貌、納米化不同加工的差異特性以及漿料的黏度等方面進(jìn)行調(diào)控，從而提高倍率放電性。圖中就是我們公司在做的一個電池，在10C的充放電模式下，大約循環(huán)5000周左右，它的容量保持率大于80%。
接下來談?wù)劵厥占夹g(shù)。因為鋰電池中的鈷、錳、鎳等元素對環(huán)境有害，難以降解，但是它們又具有較高的價值，因此對鋰電池的回收是非常重要的，當(dāng)下的回收方式主要有三種：干法、濕法和生物法，其中濕法的應(yīng)用比較廣泛。該圖是采用梯次回收模式對廢動力鋰電池再生利用的流程圖。這種梯次回收模式還需要更健康的評估以及標(biāo)準(zhǔn)的建立，因此它的發(fā)展還有待更進(jìn)一步的突破。近年來由于鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，鋰電池的產(chǎn)能不斷增加，因此針對廢舊鋰電池的回收日益受到重視。在未來的發(fā)展趨勢中，關(guān)于鋰電池回收產(chǎn)業(yè)鏈這一塊將會更加完善。
第四部分對儲能技術(shù)發(fā)展的展望。從2025年到2050年全球電化學(xué)新增裝機(jī)容量趨勢圖可以看出，市場對于電能的需求還是比較強(qiáng)烈的，這得益于各國對于綠色能源發(fā)展的支持。因此，提高能量密度、儲能時長以及使用壽命等主要技術(shù)指標(biāo)將是未來儲能電池技術(shù)發(fā)展的需求和方向。
謝謝大家，我的演講到此結(jié)束。
【責(zé)任編輯：周曉晴】
