中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月10-11日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、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(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在深圳召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、發(fā)展”。
來(lái)自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)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(huì)。
11日下午，山東精工電子科技股份有限公司高級(jí)工程師郭鑫受邀在“儲(chǔ)能材料、回收與裝備專(zhuān)場(chǎng)”分享了主題報(bào)告，主題為《電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用及性能成本雙驅(qū)鋰電池材料的開(kāi)發(fā)》。
郭鑫：尊敬的各位來(lái)賓，大家下午好！今天很榮幸受到組委會(huì)的邀請(qǐng)來(lái)給大家匯報(bào)關(guān)于“材料—電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用及性能成本雙驅(qū)鋰電池的開(kāi)發(fā)”。
主要從以下四個(gè)部分進(jìn)行介紹：
第一部分簡(jiǎn)單介紹儲(chǔ)能背景。因?yàn)榇蠹覍?duì)能源的概念并不陌生，所以在這里我也不過(guò)多贅述。接下來(lái)主要介紹電池的存儲(chǔ)部分。當(dāng)下電池的存儲(chǔ)體系包含電化學(xué)、靜電、機(jī)械類(lèi)、熱能類(lèi)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，新型儲(chǔ)能方式應(yīng)用逐年增加，特別是鋰離子電池。在新型的儲(chǔ)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(guó)以及歐洲的電化學(xué)新增裝機(jī)容量、我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及電池在2050年中國(guó)電池發(fā)展格局中占比可以看出，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展是解決未來(lái)的能源危機(jī)以及實(shí)現(xiàn)2060年碳中和的關(guān)鍵性技術(shù)。放眼全球，解讀我們國(guó)家和其它國(guó)家關(guān)于儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的相關(guān)政策。從這些政策來(lái)看，市場(chǎng)對(duì)于電能的需求還是比較大的，這得益于各國(guó)對(duì)于綠色能源的支持和發(fā)展。
第二是電化學(xué)儲(chǔ)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(dòng)工具到電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)，以及儲(chǔ)能柜和智能制造領(lǐng)域都有。我們公司是國(guó)內(nèi)最早一批通過(guò)中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證的鋰電企業(yè)，這使得鋰電在船舶及海上平臺(tái)上得以應(yīng)用。
目前儲(chǔ)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(chǔ)能電池的使用壽命能大于10年。另外從2017年到2020年的我國(guó)儲(chǔ)能電池出貨量年均復(fù)合增長(zhǎng)率66%可以看出，儲(chǔ)能電池在未來(lái)的發(fā)展中將更加迅猛。對(duì)比當(dāng)下主流的儲(chǔ)能電池各項(xiàng)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(lèi)型：21700、32700、大圓柱和方形等等，對(duì)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(lái)看，21700和大圓柱的體積比能量占據(jù)優(yōu)勢(shì)。隨著鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)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(shí)這四個(gè)方面對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)能運(yùn)行的四個(gè)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(shuō)到成本問(wèn)題，我們接下來(lái)就要談一下第三部分，性能成本雙驅(qū)鋰電池的開(kāi)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(chǎng)差價(jià)大于電能成本時(shí)，儲(chǔ)能放電能獲得較大的收益。說(shuō)到成本，我們就要考慮到對(duì)成本的控制，當(dāng)下對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能成本的控制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)達(dá)到低成本、長(zhǎng)壽命、高安全、易回收這四個(gè)目標(biāo)。從電化學(xué)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性來(lái)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(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展特別是磷酸鐵鋰電池的發(fā)展來(lái)說(shuō)是一個(gè)機(jī)遇。關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用端，當(dāng)下主要處于用戶(hù)用電階段。我們集團(tuán)生產(chǎn)的鋰電池95%用于國(guó)外出口，主要銷(xiāo)往美國(guó)、澳大利亞、歐洲等國(guó)家和地區(qū)。
接下來(lái)關(guān)于性能成本雙驅(qū)鋰電池開(kāi)發(fā)的四個(gè)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(chē)間，通過(guò)采用PLM系統(tǒng)、生產(chǎn)MES系統(tǒng)和BPM系統(tǒng)以及財(cái)務(wù)ERP閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品制造穩(wěn)定性的管控。
另外根據(jù)密堆積理論，開(kāi)發(fā)壓實(shí)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(shí)密度達(dá)到2.7g/cm3時(shí)，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(shí)，低溫放電的放電量能大于70%，而在-40攝氏度時(shí)，它的低溫放電量高達(dá)到58%。
方案2：長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)。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(guò)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(shí)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(shí)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(duì)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(chǔ)存的長(zhǎng)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(duì)于倍率放電性能，可以通過(guò)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(jì)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(guò)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(gè)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(lái)談?wù)劵厥占夹g(shù)。因?yàn)殇囯姵刂械拟?、錳、鎳等元素對(duì)環(huán)境有害，難以降解，但是它們又具有較高的價(jià)值，因此對(duì)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(duì)廢動(dòng)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(píng)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(lái)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(duì)廢舊鋰電池的回收日益受到重視。在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)中，關(guān)于鋰電池回收產(chǎn)業(yè)鏈這一塊將會(huì)更加完善
第四部分對(duì)儲(chǔ)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(shì)圖可以看出，市場(chǎng)對(duì)于電能的需求還是比較強(qiáng)烈的，這得益于各國(guó)對(duì)于綠色能源發(fā)展的支持。因此，提高能量密度、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)以及使用壽命等主要技術(shù)指標(biāo)將是未來(lái)儲(chǔ)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。
