中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日下午的“儲能電池與技術(shù)應(yīng)用（下）”專場，來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王振波教授在會上分享了主題報(bào)告《新形勢下的儲能應(yīng)用》，以下為演講實(shí)錄：
王振波：下面是我的報(bào)告，我是來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王振波，我的報(bào)告題目是“儲能鋰離子電池關(guān)鍵材料、應(yīng)用技失效模式研究”。
我從以下六個(gè)方面給大家介紹我的報(bào)告內(nèi)容：
大家都知道，昨天秘書長說了一些整個(gè)儲能的分布，我們2017年整個(gè)電化學(xué)儲能是1.6 GWh，今年我們增加到了6.5 GWh，增加到了3.5%，去年是1.1%，有3倍多的增加，所以儲能的增長趨勢還是很快的。
從2018年前三個(gè)季度來看，電化學(xué)儲能由于自身比較靈活、且對場地等的適應(yīng)性好的特點(diǎn)，所以增長速度非?？?，比如2018年前三個(gè)季度就已經(jīng)達(dá)到了4037 MW，總體上來說增長速度是非?？斓?。從目前來說，2017年新增的裝機(jī)來看，前十的國家應(yīng)該是美國、澳大利亞等，我們國家排到了第五位。
這是全球儲能技術(shù)的供應(yīng)商排名，今天是南都的主場，南都在我們國家整個(gè)儲能領(lǐng)域市場占有率是比較棒的，前兩位是LG化學(xué)和三星SDI。
從所有二次電池中，鋰離子電池由于它自身的特點(diǎn)，在整個(gè)儲能領(lǐng)域是非常受歡迎的。2017年全球的化學(xué)儲能整個(gè)裝機(jī)59%是鋰離子電池，2017年新增的93%是鋰離子電池；2018年這次儲能會之后秘書長可能會公布更新的2018年的數(shù)據(jù)。從2011年—2017年整個(gè)全球的鋰電市場發(fā)展來看，鋰電池由于成本、技術(shù)、政策等原因，市場可以說還處于導(dǎo)入期。預(yù)計(jì)“十三五”末期能達(dá)到千億的市場，甚至在不久的將來化學(xué)儲能能達(dá)到萬億的市場，我認(rèn)為這個(gè)預(yù)測太過于樂觀了。我們應(yīng)該理性的看待儲能這樣一個(gè)市場。的確是在增加、的確是在發(fā)展，但是我們不能把它看的樂觀了。
接下來是我自己的工作，我們在材料上，對于這種材料大家都不陌生，目前523還是主流產(chǎn)品，622大家也在用，811科技部一直在推，我們在這里也做了一些工作，比如說我們把截止電壓提升到4.6V，它的克容量就有大幅提升。我想這種材料會在我們的鋰離子電池市場還會有更大的發(fā)展空間。我們也對它進(jìn)行相關(guān)的，比如用鈦、鉬也進(jìn)行摻雜處理，可以做到500個(gè)循環(huán)，容量保持率還有89%。
如何提高電池能量密度，為什么我們現(xiàn)在的手機(jī)電池一直是鈷酸鋰電池？就是因?yàn)槲覀兊拟捤徜囌龢O材料壓實(shí)密度能做到4.5g/cm3以上，而我們?nèi)姵卣龢O材料做到3.6就已經(jīng)是大限了，所以我們?nèi)绾翁岣邏簩?shí)密度是我們要做的事情。我們這里也做了一些工作，大顆粒核和顆粒進(jìn)行復(fù)配，在一定程度上提高它的振實(shí)密度。這種方法為企業(yè)既節(jié)省了原材料，又創(chuàng)造了效益，同時(shí)把企業(yè)的廢料很好的利用上。
這是我們在長26米的爐子上，自己燒的一些工業(yè)化的產(chǎn)品，目前我們有一些出貨，克容量155mAh/g，這是在3安時(shí)左右全電時(shí)做的，1000次循環(huán)容量保持率大于83%。
622三元材料未來也應(yīng)是一個(gè)很好的正極材料，現(xiàn)在我們國家一直在推高比能量的正極材料，因?yàn)橐_(dá)到300瓦時(shí)/公斤，所以好多企業(yè)想從523一步跨到811或者NCA。但是這里還會存在著很多很多的問題，所以我們還是要回過頭來想辦法把我們的產(chǎn)品一步一步的，因?yàn)榭茖W(xué)發(fā)展是有規(guī)律的。所以我們想622的這種產(chǎn)品未來有沒有可能取代523呢？是有可能的，所以622我們也做相關(guān)的這方面的技術(shù)準(zhǔn)備，對整個(gè)鍛造工藝技術(shù)等做相關(guān)方面的研究。
NCA三元材料可能更合日韓的胃口，特斯拉電池用的就是這種正極材料；但是對于我們國家還是有問題的，因?yàn)槲覀兊匿囯x子電池生產(chǎn)制造過程中，過程管理和控制還有很多需要解決的問題，尤其是水分的控制，國內(nèi)企業(yè)無論如何都達(dá)不到NCA所要求的這種低水含量要求，因此我們國家退而求其次，采用的是811路線，但是NCA材料未來會有很大的應(yīng)用前景的。
我們現(xiàn)在也在做無鈷的材料，5V的高壓鎳錳酸鋰正極材料，沒有鈷元素，電壓平臺達(dá)到4.75V，我們在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)做到了5C/3000次的循環(huán)，容量保持率達(dá)76.2%。我們也可以根據(jù)市場的需要來做不同的產(chǎn)品，比如我們做球形的、中空的或者多孔的材料，未來這種材料可能“十四五”期間會是很好的發(fā)展，我們也在做全電極，希望正、負(fù)極、電解液等有很好的匹配性。目前電解液確實(shí)是非常難的問題，材料做好了，但是和整體上相匹配也是很大的問題。
除了它之外我們“十四五”期間還會干什么呢？離產(chǎn)業(yè)化最近的就是富鋰錳基正極材料。我們實(shí)驗(yàn)室3C充放電條件下，400次循環(huán)，容量保持率達(dá)87.7%?！笆奈濉逼陂g這種材料會有很好的發(fā)展前景，無論和硅碳配合，還是和石墨配合，都可以達(dá)到300、320甚至350瓦時(shí)/公斤的能量密度。但它存在的致命弱點(diǎn)也是和電解液如何匹配的問題。
在鋰離子電芯研發(fā)方面，我們企業(yè)合作做了一些工作。
這是磷酸鐵鋰和碳匹配鋰離子電池性能參數(shù)，低溫在零下20度，1C放電時(shí)還可以放出常溫的75%左右。這是4000次的充放電曲線，一致性還是很好的，還剩81%。我們用三元的做到220瓦時(shí)/公斤，也可以實(shí)現(xiàn)3C充、8C放這樣一個(gè)充放電倍率，可以做2500次，容量保持率為87%。低溫、高溫、倍率上都有很好的表現(xiàn)。這是兩只電池，循環(huán)是2500次，容量保持率都在85%左右。這是我們做的鈦酸鋰電池，可以實(shí)現(xiàn)15C充放，7800次，容量保持率為81%。這樣的電池對我來說不會是大眾產(chǎn)品，可能是小眾，在某些領(lǐng)域會有很好的應(yīng)用。
如何能做好一個(gè)電池？我們做了很多這方面的研究工作，其實(shí)影響因素非常非常多，如何把整個(gè)技術(shù)和成本控制好，是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。
這里我們做了很多的工作，比如我們做了一些正、負(fù)極勻漿分散的影響。包括整個(gè)漿料組成、勻漿工藝等對性能影響是非常大，如果我們做得好的話正極可以是光亮無顆粒、柔性很好的，但是做的不好就會出現(xiàn)很多很多的問題，都會影響鋰電池最終的性能。
此外我們在電池裝配比方面也做了一些工作，裝配好可以做到1千次以上，如果做的不好，前期容量很高，但是循環(huán)性能卻是很差。
這是電池的裝配情況，整個(gè)不平整了，而且中間存在縫隙，這樣一定會影響電池的性能。而日本湯淺卷繞電池，中間是鼓的、兩邊是凹的，這個(gè)軟包電池兩邊已經(jīng)發(fā)生收縮了，所以整個(gè)電池出現(xiàn)了凹陷，性能也會有很大的下降。
在整個(gè)電芯生產(chǎn)過程中，日本的電池做的非常好，控制點(diǎn)是非常非常多的，我們國家能有多少呢？你們比我要更清楚，所以我們每一個(gè)位置，比如負(fù)極的烘烤、毛刺、粉塵等等，不是簡單的挖一個(gè)人過來就能把電池做好的，所以我們真正要下到一線去做一些踏踏實(shí)實(shí)的研究工作。
水分對鋰離子電池來說真的是非常非常重要的，如何把水分控制好是非常重要的事，整個(gè)軟包電池這里面存在很多很多的問題，水分控制不好真的會致命的。
這里頭水分控制好了會出現(xiàn)什么問題？大量的是成本的增加，壓縮機(jī)功率要迅速增大的，增大就要耗電，成本就會顯著增大，所以好多企業(yè)適可而止，最終絕對不會做出好的電池來。
結(jié)構(gòu)對電池性能也會有很大影響，比如做的是軟包電芯可以做到8千次，方形只能做到4千次；三元的軟包可以做到4千、圓柱的可以做到2千，18650的可以做到2千，電池結(jié)構(gòu)對性能有很大影響。
我們和企業(yè)合作做了一些特殊應(yīng)用的電池，比如小型的，這是做到45安時(shí)的示范。
未來的儲能市場是什么樣的？未來儲能市場前景是很好的，可以說前途是光明的，但道路是曲折的。我們國家在2016年應(yīng)該是整個(gè)儲能市場的元年，非常密集的出臺多項(xiàng)助推政策，對我們儲能領(lǐng)域做了非常多的政策上的驅(qū)動。預(yù)計(jì)國內(nèi)的電化學(xué)儲能裝機(jī)，2017年389.8 MW，到2018年應(yīng)該在560 MW以上，所以未來我們的增長率是非常大的，但是我們的基數(shù)很小，所以即使增長率再高，相對來說,整個(gè)數(shù)值也不是很大的。到2017年整個(gè)國內(nèi)電化學(xué)儲能市場統(tǒng)計(jì)來說，鋰離子電池占了98%，未來隨著鋰離子電池成本、技術(shù)方面的進(jìn)步，整個(gè)市場還會繼續(xù)的擴(kuò)大。到2020年，國內(nèi)儲能鋰電的預(yù)期應(yīng)該在2020年會達(dá)到16.67GW，所以剛才我問到底什么時(shí)候能達(dá)到萬億？我對此還是有懷疑的，但是前途絕對是光明的。
我們國內(nèi)新增的電化學(xué)儲能裝機(jī)容量前十省份，因?yàn)楦鱾€(gè)省份的能源結(jié)構(gòu)不一樣，所以各個(gè)省對于整個(gè)儲能的需求也是不一樣的。比如江蘇，在我們國家市場是最大的。
未來我們會存在著什么問題？電池技術(shù)真的有待于進(jìn)一步提高，我們國內(nèi)從98年開始生產(chǎn)鋰離子聚合物電池，經(jīng)過了20多年發(fā)展，鋰離子電池技術(shù)有了很大的進(jìn)步。但隨著人們生活水平的提高，對鋰離子電池性能也提出了更高要求?，F(xiàn)在來說還無法滿足我們用戶對于鋰離子電池技術(shù)的需求，所以還需要我們扎扎實(shí)實(shí)的做些研究工作。這兩天有很多技術(shù)方案、概念出來，其實(shí)我們整個(gè)運(yùn)營還是不成熟的，包括很多概念都出來了，但是利益如何分配就是很重要的一個(gè)問題。最后融資比較困難，儲能領(lǐng)域也是這樣的，我們真正希望鋰離子電池行業(yè)能夠健康的發(fā)展，而不是去炒作。
未來我們應(yīng)該在一個(gè)智慧電網(wǎng)控制下的智慧城市下生活，這是我們的前景，而且我們這里需要燃料電池、電化學(xué)儲能、調(diào)峰等方方面面的電化學(xué)相關(guān)的這些能源，我想未來我們的前景一定是光明的。21世紀(jì)是新能源的世紀(jì)，所以我們相信新能源一定讓我們的生活更美好。
謝謝大家！
