中國儲能網訊：9月10-11日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會、南方科技大學碳中和能源研究院、南方電網能源發(fā)展研究院聯(lián)合100余家機構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及工程應用大會在深圳召開。此次大會主題是“綠色、經濟、安全、發(fā)展”。
來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的600余家產業(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)應用及性能成本雙驅鋰電池材料的開發(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于“材料—電池儲能系統(tǒng)應用及性能成本雙驅鋰電池的開發(fā)”。
主要從以下四個部分進行介紹：
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。當下電池的存儲體系包含電化學、靜電、機械類、熱能類等。據統(tǒng)計顯示，新型儲能方式應用逐年增加，特別是鋰離子電池。在新型的儲存應用中鋰離子電池占據主導地位，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新增裝機容量、我國的能源消費結構以及電池在2050年中國電池發(fā)展格局中占比可以看出，儲能技術的發(fā)展是解決未來的能源危機以及實現(xiàn)2060年碳中和的關鍵性技術。放眼全球，解讀我們國家和其它國家關于儲能技術發(fā)展的相關政策。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。
第二是電化學儲能——鋰電池。
我們山東精工電子科技股份有限公司生產的鋰電池涉及到的應用領域，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域都有。我們公司是國內最早一批通過中國船級社認證的鋰電企業(yè)，這使得鋰電在船舶及海上平臺上得以應用。
目前儲能電池主要應用于調峰調頻、可再生能源并網和微電網等領域，當前，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。對比當下主流的儲能電池各項技術指標，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，目前它的生產制造技術也趨于完善，已處于商業(yè)應用階段。圖中是磷酸鐵鋰電池的結構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優(yōu)勢。隨著鋰電池儲能技術的快速發(fā)展，國家電網對其在能量密度、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于儲能運行的四個特性：能量的有限性、雙向調節(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，性能成本雙驅鋰電池的開發(fā)。電能成本=靜態(tài)成本+充電成本+轉化損耗。在0.5C下，電能成本和充電成本接近成正比。當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，當下對電化學儲能成本的控制目標是實現(xiàn)達到低成本、長壽命、高安全、易回收這四個目標。從電化學的技術經濟特性來看，目前抽水蓄能的度電成本是當下最低的，而里程成本中磷酸鐵鋰電池的成本是最低的，這對于儲能技術的發(fā)展特別是磷酸鐵鋰電池的發(fā)展來說是一個機遇。關于電化學儲能應用端，當下主要處于用戶用電階段。我們集團生產的鋰電池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)。
接下來關于性能成本雙驅鋰電池開發(fā)的四個方案：
方案1：低成本系統(tǒng)制造：數字智造+高能一致性。我們公司搭建了數字化智能車間，通過采用PLM系統(tǒng)、生產MES系統(tǒng)和BPM系統(tǒng)以及財務ERP閉環(huán)管理，實現(xiàn)了對產品制造穩(wěn)定性的管控。
另外根據密堆積理論，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。特別是當壓實密度達到2.7g/cm3時，磷酸鐵鋰的體積比能量能提高13.3%。關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到58%。
方案2：長壽命設計。磷酸鐵鋰電池的使用壽命是當下關注的焦點，我們公司通過碳包覆技術合成了電導率高、石墨化程度高的磷酸鐵鋰材料，從材料上進行改性，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——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)境適應性和高溫儲存的長效性。另一方面采用BMS內短預判，PCS單簇管理和熱管理等技術，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，納米化結構的控制和漿料設計以及流變性，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行調控，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%。
接下來談談回收技術。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準的建立，因此它的發(fā)展還有待更進一步的突破。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，關于鋰電池回收產業(yè)鏈這一塊將會更加完善
第四部分對儲能技術發(fā)展的展望。從2025年到2050年全球電化學新增裝機容量趨勢圖可以看出，市場對于電能的需求還是比較強烈的，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指標將是未來儲能電池技術發(fā)展的需求和方向。
謝謝大家，我的演講到此結束。
