中國儲能網訊：5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機構、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統集成商等代表出席本次大會。
中國科學院物理研究所研究員黃學杰在儲能電池專場，發(fā)表了題為“鋰離子儲能電池的現狀和發(fā)展趨勢”的精彩演講。
演講內容如下：
黃學杰：各位嘉賓，早上好！今天借此機會介紹鋰離子電池的情況，我們知道鋰離子電池是儲能技術，今年儲能得到比較多的重視。我們的儲能電站在不斷的建，除了儲能電站外，鋰離子電池建起來的比較多，無論是家用還是所謂集中試，集中試已經達到百兆瓦級。
為什么這兩個技術發(fā)展比較快？一是大規(guī)模，二是低成本、分布式?，F在二者開始競爭，鋰離子電池尤其重要優(yōu)勢。其他的儲能技術，包括液流電池是百分之七十，鋰離子電池是百分之九十左右。
電池是效率最高的儲能方式，電池有很多種，我們這里談到的是儲能電池。鉛酸、鋰離子都用在儲能上，分布式電池儲能建得比較多的是鉛酸和鋰離子。鉛酸和鋰離子的區(qū)別，鋰離子發(fā)展較快。鋰離子的特點是在寬充放電范圍有很好的壽命。上圖顯示，鋰離子長期儲能不會100%的DOD，長期的儲能一般情況下是75%DOD，不可能把它放完，也不可能把它充滿。75%DOD的壽命非常長。如果鉛酸電池要到達同樣的壽命，不能超過30%，實際可用容量較低。你可以把鉛酸電池提高深度，用到80%，比你強一點，但你的壽命恐怕下去了。我在考慮同等壽命的同時，放電深度的情況下，每瓦時的鋰離子電池，其成本低于鉛酸電池。暫且不說別的好處，這是今天儲能鋰離子電池發(fā)展得最快。
電池有不同的材料構成，70%的成本來自于材料，甚至超過一點。嵌入式的正負極材料決定了鋰離子電池性能，材料的種類有很多，在電動車方面，我們知道有鐵鋰。能做電池材料的物質有很多，很多鋰化合物、磷酸鐵鋰等都可以做正極材料。很多能跟鋰產生化學反應，都可以作為負極材料，所以有了石墨材料、碳材料、合金材料等。
儲能最重要的是安全性，戶用儲能裝在家庭里。大型儲能可以建到百兆瓦級甚至千兆瓦級。它有著更高的效率，更快的響應。電池里有很多易燃材料，添加負極會變成活潑的材料。要柴火能燒起來，我們需要火柴，火柴是強氧化性的。氧化性越強，手機電池正常情況下沒問題，充滿電會變成高價氧化物，變成點火的火柴。我們的電池變得非?？煽浚覀円乐闺姵爻霈F種種的事故，事故是由電池過熱引起的。我們的正極材料充完電后具有強烈的氧化型，開始引燃負極材料發(fā)生反應，包括破裂、起火、爆炸，這非常危險。
目前來講，我們無從選擇負極材料，碳酸鋰太貴。現在99%的電池用的還是碳材料。在負極材料和電解質不能改變的情況下，談到電解質，10年后還有固體電解質。這時候正極材料變得非常重要，這么多的正極材料，我們優(yōu)先考慮最安全的正極材料，各有各的特點。一旦受熱后，充電正極材料和電解液會反應，特斯拉的車最容易反應，撞一次起火一次。NCA充完電后，氧化性最強。
什么材料最安全？磷酸鐵鋰，唯一一個材料，加熱后跟電反應，撤下來溫度會自降，其他不可以，其他材料是加速的過程。今天磷酸鐵鋰作為主要材料，感謝這兩位老人。1997年，教授提出磷酸鐵鋰材料。1999年M.Armand教授提出納米化，由絕緣體變成電子電導性能，滿足電池需求的特點。今年10月份，美國專門舉辦了感謝他們的會議，我們都會參加。
這個會議主要是對MichelArmand表示敬意。在座很多人做鋰離子電池，很多人不知道鋰離子電池怎么來的，1971年在美國市場做出鋰石墨化合物。1972年時，正式在國際會議上發(fā)表概念，這是后來鋰石墨化合物。對于固態(tài)電池也有重要貢獻，1978年做博士論文時，談到聚合物固態(tài)電解質。在1980年提出"搖椅式電池"概念，同時領導了加拿大Hydro-Quebec鋰聚合物電池技術的開發(fā)工作，至今4000余輛汽車在巴黎運行。于1999年在美國夏威夷舉辦的第196屆國際電化學大會上報告了碳包覆可解決磷酸鐵鋰正極材料的導電性問題，創(chuàng)辦Phostech實現了包碳磷酸鐵鋰的產業(yè)化。固態(tài)電池可以用，但今天的固態(tài)電池不夠好，在經濟上、性能上跟鋰離子電池有差距。經濟價格應該是10年后的事情。后面是他為磷酸鐵鋰做的貢獻。
不僅僅要選擇穩(wěn)定的磷酸鐵鋰材料，磷酸鐵鋰的車子也爆炸、起火過，在深圳被撞過。我認為材料是一方面，電池結構也非常重要。這是波音787的電池，飛機起火多少次，賠了很多錢。它當時采用了一種材料，二者合起來導致了這個問題。出的這么大的事故，在此暫且不說細節(jié)。汽車出事賠償幾十萬元，這個案子賠償了幾十萬美金。
比轉讓式更好的結構是疊片式結構，雪佛蘭做了三十幾萬臺車，用的就是這個結構。之所以采用疊片式結構，機片充放電的過程中有膨脹和收縮，韌力非常驚人。早年我們建議采用疊片式的結構，疊片式結果的好處是明顯長壽命。電池可以4C充電，5C放電。
10年前開始，我們在歐洲法電測試中心做測試，6000次以上的壽命，100%DOD，還有80%。不僅在實驗室里做得好，我們在工業(yè)上應用，做了2000多臺共享租賃車。2010年有73臺車，2011年900多臺車，2011年放了1300多臺車。最短已經用了5年多，最長的用了將近8年。多的跑了2000多次，對車子做抽樣測試，現在電池的容量最低的有73%，證明磷酸鐵鋰電池可以滿足長時間的應用。大家對儲能的信心比較足。
為了提升制造的技術，楊總也參與了這件事。科學院在離這里不遠的地方，我們在南沙成立了公共平臺，讓研究所從疊片開始做研究和技術。
去年，我們做了改進結構的磷酸鐵鋰電池。現在大部分用在儲能上，由于電動車需要更高的能量密度，現在超過100Ah。這是在法電測試的結果，室溫跟45度的壽命都非常好，這是為長期的儲能必須的。之所以能解決這個問題，關鍵是設計的不同。大部分的電池，一頭是正極和負極，這個電池有不同的設計。正極在負極在同一組，這么寬的極片，發(fā)熱是發(fā)在極耳的部位。負極的導電性很好，上面涂的是碳材料。正極用的是全極耳，熱可以分布均勻，大電流的工作，我們用紅外攝像儀看熱分布是非常好的。不僅溫度好，關鍵是導熱也很好，容易導熱。我們用緊密結構做儲能，底部的熱可以輕易的傳出來，這是用固體，不是用風扇吹。氣體傳熱是最慢的，液體傳熱比氣體快，金屬固體導熱是最快的。如果儲能系統用小風扇，沒有風扇可以在里面不停的轉十幾年。所以通過固體導熱非常好，它可以做致密儲能體系。三元能量密度高，你們說的是比能量，我認為這不對。我可以把軟包做成200多瓦時每公斤，鐵鋰也是250-260。從電池包的角度來講，鐵鋰和三元沒有太大區(qū)別。要講能量密度，每升多少小時。同樣的尺寸，集裝箱儲能柜，如果用鐵鋰，可以比三元多裝40-50%的能量。磷酸鐵鋰的能量密度比三元高40-50%。
這是我請法國電力的工作人員來看，一個40尺的柜子，用三元電池可以裝2.5兆瓦時，包括PCS功能等。鐵鋰電池在儲能上，密度經過優(yōu)化，遠遠超過其他電池。儲能系統將會有越來越多的應有。
應用場景之一：新能源消納解決方案
由于風力與太陽能的易變難以預測，不能提供系統慣量，使得電網系統越來越容易觸動電力頻率波動上限，使得電網系統可靠性變弱。儲能系統能夠幫助可再生能源電站提高消納能力，在有效解決日益嚴重的"棄風棄光"問題的同時，在削峰填谷和改善新能源電站出力上也起著重要作用。
意義：幫助新能源電站進行調峰；降低電網系統受新能源并網沖擊，減少電網壓力；吸收光伏及風力產生的諧波，提高新能源發(fā)電的電能質量，平滑間歇性波動。
收益點：提高新能源消納能力，吸收棄光棄風的電量，更改時間上網，從而實現收益增長；平穩(wěn)電力輸出，減少電網壓力，提高發(fā)電預測精度，緩解電網擴建壓力。
現在鋰離子電池儲備成本大概0.3元，很多企業(yè)已經在用這個掙錢。
應用場景之二：用戶側定制化解決方案
根據不同類型需求為用戶提供一整套定制化儲能解決方案。通過儲能可以實現削峰填谷，優(yōu)化用電方案，響應電網做需求側響應，也可在緊急情況作后備電源使用。用戶側儲能有著廣闊的發(fā)展前景，其面向應用類型廣泛，從中小型工商業(yè)用戶到用電大戶以及對電
力質量要求極高的高精尖產業(yè)。
意義：為新能源用戶提高能源穩(wěn)定性和利用率；更大程度利用峰谷差價；減小電網依賴程度，應對高峰時限電；需求側響應，減小電網壓力；電能源管理，改善電能質量，可滿足特殊負荷的電能質量需求；可作后備電源，并保證快速切換，應對緊急情況。
收益點：峰谷差價套利：谷時充電，峰時用電；減少基本電費：削減尖峰負荷，減少根據最大需量計量的基本電費；需求側響應補貼：按照不同的地方政策，用戶可根據響應降低的負載；功率獲取補貼；提高電能質量，降低部分用戶精密設備損耗。
應用場景之三：微電網儲能解決方案
微電網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統，是一個可以實現自我控制、保護和管理的自治系統。它作為完整的電力系統，依靠自身的控制及管理供能實現功率平衡控制、系統運行優(yōu)化、故障檢測與保護、電能質量治理等方面的功能。
意義：解決新能源發(fā)電的波動性、隨機性、間歇性問題；對區(qū)域內風光柴多種能源實現整合與智能化監(jiān)測，控制與調度；建立微網系統，實現并/離網運行，無縫切換；開發(fā)和延伸微電網是實現新能源主動適配主電網的一種有效方式，并使傳統電網向智能電網過渡。應對海島或偏遠地區(qū)因電網薄弱或無主電網連接導致用電困難的問題。
收益點：自發(fā)自用，減少用電電費；降低增容費用；售賣減排達標剩余的碳交易配額；減少海島或偏遠地區(qū)柴油機發(fā)電及運輸成本。
最近在電動車上，150瓦時每公斤的電池包馬上要專車上公告，大家知道特斯拉的電池包能量也是這個水平。基于長壽命、高安全的磷酸鐵鋰電池，在儲能方面會有更大的優(yōu)勢?？茖W院花了很多時間在研究它的提升、制造技術、材料技術、系統技術的示范。相關的實驗條件，我們在北京為電池界建立了開放的實驗條件。里面具備原子水平分析能力，電池企業(yè)、整車企業(yè)、材料企業(yè)已經用到這些條件。我今天的報告到此結束，希望儲能行業(yè)能得到快速的發(fā)展。謝謝大家！
（本文根據現場錄音整理，未經本人審核）
