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【摘要】探討了鋰電池在船舶儲能、船舶動力方面的應(yīng)用前景，對鋰電池在船舶中應(yīng)用的政策、規(guī)范、應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行了闡述，對鋰電池的類型和磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于船舶的優(yōu)勢及主要應(yīng)用場景進(jìn)行了討論，研究了鋰電池的龍頭企業(yè)狀況，并對拓展鋰電池在船舶中應(yīng)用的可行性和意義進(jìn)行了分析，提出了未來拓展的初步思路。
一、鋰電池在船舶動力中的應(yīng)用
目前船舶使用最多的動力系統(tǒng)是柴油機(jī)船舶動力系統(tǒng)，但柴油機(jī)動力系統(tǒng)存在著許多的問題。第一，柴油機(jī)使用的是重油或是不可再生能源，資源壓力大，使用成本也極高。第二， 柴油機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的噪音、振動問題難以解決。第三，柴油機(jī)的廢氣廢料排放問題極其嚴(yán)重，對環(huán)境造成的污染。
隨著對環(huán)境污染、資源緊缺等問題越來越重視，航運(yùn)業(yè)污染問題也受到越來越多人的關(guān)注。船舶是排放大戶，近年來各國航運(yùn)業(yè)積極行動，不斷推動和拓展綠色船舶技術(shù)的應(yīng)用。
雖然業(yè)界關(guān)注的船舶新能源種類眾多，如LNG、甲醇、LPG、生物質(zhì)燃料、太陽能、氫氣、燃料電池、鋰電池等,但真正能夠?qū)崿F(xiàn)零排放,并在海運(yùn)業(yè)逐步推廣且具初步市場規(guī)模的新能源動力，目前只有鋰電池電動船舶。純電池動力船舶主要適用于航線固定、航程短、補(bǔ)點(diǎn)便捷的場合，對于航線距離相對較長的場合，柴電混合動力則更能兼顧節(jié)能減排與航程適應(yīng)性。
1. 鋰電池在純電動船舶的應(yīng)用
相較傳統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)，電力推進(jìn)系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)性良好、操縱靈活、安全性高、振動小和可靠性高等特點(diǎn)，電力推進(jìn)系統(tǒng)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于渡輪、挖泥船、拖輪和大型郵輪等。隨著電力電子技術(shù)快速發(fā)展以及能源危機(jī)日益加劇，電力推進(jìn)替代傳統(tǒng)的柴油機(jī)推進(jìn)成為不可阻擋的趨勢。
電力推進(jìn)技術(shù)依靠其在機(jī)動性、可靠性、運(yùn)行效率、布置靈活性、經(jīng)濟(jì)性、易于維護(hù)等方面的巨大優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于工程船、油船、豪華游船等船舶上。在世界各國都在追求可持續(xù)發(fā)展、倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的今天，其將成為未來綠色船舶的前進(jìn)動力。
在國外，幾個(gè)大的船舶電力推進(jìn)生產(chǎn)廠商都有自己的電力推進(jìn)系列產(chǎn)品，并已將其投入實(shí)際運(yùn)行中，例如ABB公司的Azipod推進(jìn)系統(tǒng)，J、Siemens公司與Schottel公司的SSP推進(jìn)系統(tǒng)。然而，船舶電力推進(jìn)一直面臨著一個(gè)技術(shù)難題，即頻繁的負(fù)載擾動給推進(jìn)系統(tǒng)的性能帶來了重大影響。一方面，海洋環(huán)境復(fù)雜多變，風(fēng)、浪、流對負(fù)載的影響不可預(yù)知，帶來的擾動也在不斷變化；另一方面，某些工程船(破冰船、挖泥船、海上鉆井平臺等)在作業(yè)時(shí)除了受環(huán)境干擾以外，其負(fù)載功率需求還隨工況要求等客觀因素的變化而變化，會產(chǎn)生巨大的負(fù)載擾動。顯然，這些負(fù)載擾動會給船舶電網(wǎng)帶來巨大沖擊，對船舶推進(jìn)系統(tǒng)的性能有著巨大影響。解決該問題的一個(gè)辦法是采用能量存儲技術(shù)。儲能單元可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在電力系統(tǒng)遇到擾動時(shí)，其可以瞬時(shí)吸收或釋放能量，平復(fù)擾動給系統(tǒng)帶來的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近年來，大容量存儲技術(shù)飛速發(fā)展，幾個(gè)大的儲能單元生產(chǎn)商(如Corvus Energy公司和Maxwell公司)都在生產(chǎn)自己的大容量儲能產(chǎn)品并將其投入到實(shí)際運(yùn)行中。
2. 鋰電池在混合動力船舶中的應(yīng)用
混合動力船舶過去通常指的是柴?電混合動力船舶，但隨著船舶新能源技術(shù)逐步得到推廣，以太陽能、燃料電池LNG等為代表的新能源技術(shù)開始在船舶上應(yīng)用，使混合動力船舶定義越來越廣?；旌蟿恿Υ鞍艘噪娔転橹行牡亩喾N能量來源，其多樣性賦予了船舶運(yùn)行靈活、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，而不同能量來源只有通過管理，充分利用各自的特性、協(xié)調(diào)控制它們之間的流動，才能在保證船舶的功能性、安全性的同時(shí)，有效降低能耗、減少排放。
在混合動力船舶中，鋰電池主要有兩大作用，供能和儲能。鋰電池可以根據(jù)船舶不同的使用要求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，主要有以下應(yīng)用：
1）電力保留，防止船舶失電。
2）削峰填谷：可以在負(fù)荷最大的時(shí)候，通過鋰電池短期供電；負(fù)荷較小的時(shí)候，電網(wǎng)給鋰電池進(jìn)行充電補(bǔ)充。
3）彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)組的特性不足：可將突加的負(fù)荷轉(zhuǎn) 移到電池組上承受，有效地規(guī)避了“悶車”風(fēng)險(xiǎn)。
4）作為電力直接對電網(wǎng)進(jìn)行供電：船舶不配備柴油發(fā)電機(jī)，直接采用電池系統(tǒng)對船上的設(shè)備進(jìn)行供電，推進(jìn)系統(tǒng)采用電動機(jī)提供動力，就可以實(shí)現(xiàn)船舶“零排放”。
二、鋰電池在船舶儲能中的應(yīng)用
在多數(shù)情況下，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)都是內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)組為系統(tǒng)供電。由于海洋環(huán)境復(fù)雜多變，負(fù)載是變化的，當(dāng)負(fù)載偏離最佳負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，燃油就會得不到充分燃燒，燃油的利用率隨之大幅度下降，同時(shí)會產(chǎn)生大量的氮氧化物和硫氧化物，對環(huán)境造成污染。
能量存儲技術(shù)是解決這一問題的辦法之一。利用儲能單元在系統(tǒng)輕載時(shí)將多余的能量儲存起來，來防止該能量對電網(wǎng)的沖擊。在系統(tǒng)過載時(shí)，儲能單元釋放能量來滿足負(fù)載的需求。能量存儲技術(shù)已經(jīng)很好的應(yīng)用于電動汽車行業(yè)。而大容量能量存儲技術(shù)的發(fā)展，使得儲能單元應(yīng)用于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)成為可能，利用儲能單元來克服功率波動對船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的影響將是未來船舶推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的新方向。
儲能系統(tǒng)可增強(qiáng)汽輪機(jī)功率提升能力，提高汽輪機(jī)調(diào)速水平，改善電網(wǎng)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的平滑輸出，從而增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，儲能系統(tǒng)也能將多余的能源儲存起來，一定程度上提高了船舶運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。另外，由于船舶所處環(huán)境較為惡劣，且長期遠(yuǎn)離陸地，遇險(xiǎn)救援時(shí)效性較差，因此，對于保證安全的電力系統(tǒng)要求很高。儲能系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)最可靠的能源，是保護(hù)船舶安全的最后一道屏障。
根據(jù)儲能載體區(qū)分，儲能方式主要分為電化學(xué)儲能、物理儲能和電磁儲能三種。其中電化學(xué)儲能主要包括電池儲能和超級電容器儲能；物理儲能主要包括抽水儲能、高壓空氣儲能和飛輪儲能；電磁儲能主要包括超導(dǎo)儲能。
在各種儲能方式中，抽水儲能、壓縮空氣儲能因?yàn)轫憫?yīng)速度慢，不能滿足船舶的要求。超導(dǎo)儲能能量密度過低、成本過高且技術(shù)成熟度不高，實(shí)際運(yùn)用中可靠性和經(jīng)濟(jì)性都不高，也不適合應(yīng)用于船舶。船舶中主要應(yīng)用的儲能方式為電池儲能、超級電容器儲能和飛輪儲能。超級電容器儲能和飛輪儲能兩種儲能方式都具有響應(yīng)快、比功率高的特點(diǎn)。相比起來，超級電容器儲能比功率更高，但比能量極低，放電時(shí)間極短，成本更高。
電池儲能中，鉛酸電池和鋰電池是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的電池。兩種電池均具有額定功率高，放電時(shí)間長的優(yōu)點(diǎn)。相比起來，鉛酸電池技術(shù)更為成熟，成本較低，安全性較高，但比能量遠(yuǎn)低于鋰電池，且環(huán)保性很差。鋰電池本身電池特性更為優(yōu)越，但技術(shù)成熟度還不高，散熱問題較為嚴(yán)重，安全性不足。用作動力源的鋰電池，按電芯材料分類，主要有三元鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等幾種，目前主流應(yīng)用的是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。三元鋰電池能量密度最大，但是出于安全原因，在電池管理系統(tǒng)需要投入更多資金，一定程度上限制了三元鋰電池在國內(nèi)船舶的應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池技術(shù)己相當(dāng)成熟，廣泛應(yīng)用在陸用交通、 太陽能和風(fēng)力發(fā)電發(fā)電儲能、電動工具等領(lǐng)域，大規(guī)模的生產(chǎn)也使電池價(jià)格回落到較為合理的空間。結(jié)合國內(nèi)船舶實(shí)際和電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況，磷酸鐵鋰電池在船舶領(lǐng)域發(fā)展較快。
三、鋰電池在船舶中應(yīng)用的政策和規(guī)范
1、政策基礎(chǔ)
為了推進(jìn)新能源在船舶產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，國家和地方出臺了一些針對鋰電池在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的政策。國家層面，雖然沒有專門針對電池動力船舶的鼓勵(lì)政策，但相關(guān)政策可見于各文件中。
2018年 11月30日，交通運(yùn)輸部印發(fā)《船舶大氣污染排放控制區(qū)實(shí)施方案》，鼓勵(lì)船舶使用清潔能源、新能源、船載蓄電裝置或尾氣后處理等替代措施以滿足船舶排放控制的要求。
2019年 1月 4日，生態(tài)環(huán)境部等 11部委聯(lián)合印發(fā)《柴油貨車污染治理攻堅(jiān)行動計(jì)劃》，鼓勵(lì)淘汰使用20年以上內(nèi)河航運(yùn)船舶，依法強(qiáng)制報(bào)廢超過使用年限的航運(yùn)船舶，推廣使用純電動和天然氣船舶。
2019年 9月，中共中央國務(wù)院印發(fā)實(shí)施《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，特別強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)新能源在船舶行業(yè)的應(yīng)用研究，要求推廣新能源、清潔能源等技術(shù)裝備，提升新能源船舶設(shè)計(jì)建造能力，強(qiáng)化新能源等前沿關(guān)鍵科技的研發(fā)。
2020年 6月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展綱要》提出：加大新能源、清潔能源推廣應(yīng)用力度，推廣 LNG節(jié)能環(huán)保船舶，探索發(fā)展純電力、清潔燃料等動力船舶。
地方層面，各地方政府出臺的政策更具針對性，這些政策的發(fā)布與實(shí)施極大地推動了當(dāng)?shù)仉姵貏恿Υ爱a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如深圳市制定的《2018年“深圳藍(lán)”可持續(xù)行動計(jì)劃》、廣州市制定的《廣州港口船舶排放控制作戰(zhàn)方案（2018-2020年）》、武漢市制定的東湖等封閉水域禁止運(yùn)行燃油船舶的要求，以及湖北省即將出臺的禁止封閉水域運(yùn)行燃油船舶的規(guī)定等。
2、規(guī)范基礎(chǔ)
電池動力船舶屬于較新的船型，船舶及相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)尚處探索期，政策法規(guī)尚處于完善期，無論國際還是國內(nèi)相應(yīng)的法規(guī)都不夠健全。
國際方面，純電池動力船舶的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分散在國際海事公約、檢驗(yàn)法規(guī)、船級社規(guī)范和船舶及相關(guān)行業(yè)之中，但尚未形成體系。SOLAS公約規(guī)定了電源及發(fā)電機(jī)組的要求，但一直沒有將純電池動力引入到公約當(dāng)中，成為制約國際航行電池動力船舶發(fā)展的一個(gè)重要因素。《國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》規(guī)范了電池組運(yùn)輸?shù)囊?。部分船級社針對電動船也發(fā)布了相關(guān)的指南和要求。國際電動委員會（IEC）發(fā)布了22項(xiàng)涉及船舶電氣、蓄電池及燃料電池安全、性能、防爆領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上滿足了電池動力船舶的要求，但未形成系統(tǒng)和完善的應(yīng)用規(guī)范。
國內(nèi)方面，電池動力船舶的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定基本能夠滿足現(xiàn)階段電池動力在船舶上的應(yīng)用。國內(nèi)標(biāo)委會制定了與 IEC對口的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 22項(xiàng)，能夠?yàn)楫?dāng)前電動船舶的設(shè)計(jì)建造提供一定借鑒。2019年11月，中國船級社發(fā)布《純電池動力船舶檢驗(yàn)指南》。自 2011年起，交通運(yùn)輸部海事局組織開展了電池動力船舶技術(shù)規(guī)范的制定工作。并于 2019年 7月 23日發(fā)布《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019年修改通報(bào)）》，2019年 11月 13日發(fā)布《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2019）》，針對內(nèi)河船舶電氣要求和磷酸鐵鋰電池的性能特點(diǎn)，制定了相應(yīng)的技術(shù)要求。規(guī)則的出臺，大大促進(jìn)了船舶行業(yè)電動化的快速發(fā)展。另外，東疆海事局在內(nèi)河電池動力船舶規(guī)范基礎(chǔ)上，繼續(xù)積極推進(jìn)沿海電池動力船舶技術(shù)規(guī)范的制修訂工作，磷酸鐵鋰電池在海船上的應(yīng)用已納入 2020年船舶技術(shù)修訂重點(diǎn)工作。同時(shí)將加快推動研究制定船用鋰離子電池基礎(chǔ)通用性能和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
四、鋰電池在船舶中的應(yīng)用現(xiàn)狀
電池動力船舶是目前國際上最新穎的船型之一，其電氣化特點(diǎn)能夠?yàn)橄乱淮悄艽陌l(fā)展提供基礎(chǔ)。其設(shè)計(jì)和建造并不是動力系統(tǒng)的簡單替代，需要設(shè)計(jì)和建造理念的革新。對于設(shè)計(jì)和建造部門來講都是巨大的挑戰(zhàn)。其船舶系統(tǒng)及功能的配備、設(shè)備操作和船員技能的要求、作業(yè)環(huán)境對船舶的影響、事故和風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防處置等方面較常規(guī)動力船舶更為復(fù)雜。各船級社、海事部門等都處于研究起步階段，相關(guān)研究和設(shè)計(jì)體系尚不完善。
1、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
從全球范圍看，電池動力船舶的應(yīng)用正處于探索、示范期，運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)不足。截止 2019年 5月底，全球電動船舶數(shù)量為155艘，其中包括營運(yùn)船舶 75艘，擬建造船舶80艘，已實(shí)現(xiàn)1000KWh到 4000KWh之間較大容量電池動力船舶的應(yīng)用。電池動力的選擇上既有磷酸鐵鋰電池，也有三元鋰電池。我國內(nèi)河已建純電池動力船舶 20余艘，在建及計(jì)劃建造純電池動力船舶 10余艘。2015年以前，我國電池動力船舶的應(yīng)用僅限于 600KWh以下的小型船舶 ；2015年以后，使用的最大電池容量達(dá)到 3000KWh,且全為磷酸鐵鋰電池。我國電池行業(yè)發(fā)展相對成熟， 但是船用產(chǎn)品及其配套產(chǎn)業(yè)占據(jù)的市場份額較小，參與船用電池認(rèn)證的企業(yè)較少，仍存在較大發(fā)展空間。電池動力船舶的核心部件是為推進(jìn)電池及其配套的電池管理系統(tǒng)。在全球前十的電池制造商中，國產(chǎn)廠家占到五家。2020年第一季度國內(nèi)動力電池裝機(jī)量合計(jì)約 5.68GWh， 涉及的裝機(jī)動力電池企業(yè) 51家，其中寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科、 億緯鋰能、中航鋰電等是排名靠前的企業(yè)，主要裝機(jī)產(chǎn)品是新能源汽 車。國內(nèi)鋰電池配套船舶作為動力源，必須經(jīng)過中國船級社（CCS）的資質(zhì)認(rèn)證。截至 2019年10月，中國船級社已完成和正在進(jìn)行的船用電池產(chǎn)品認(rèn)證共 37項(xiàng)，其中 15項(xiàng)動力電池項(xiàng)目、5項(xiàng)電池管理系統(tǒng)項(xiàng)目已經(jīng)完成審核工作。在電池管理系統(tǒng)方面，中國船舶重工集團(tuán)公司第 712研究所、711研究所、704研究所已具備純電池動力系統(tǒng)及整船解決方案的設(shè)計(jì)和供貨能力，無錫賽思億已具備船舶直流網(wǎng)電力推動系統(tǒng)、混合動力推進(jìn)系統(tǒng)、試驗(yàn)站用電系統(tǒng)的供貨能力，中車上海漢格已具備直流電力推進(jìn)系統(tǒng)、交流電力推進(jìn)系統(tǒng)、ESS節(jié)能系統(tǒng)的供貨能力。
2、港口配套現(xiàn)狀
港口配套設(shè)施特別是充電設(shè)施是限制電動船舶發(fā)展的因素之一。截至2018年底，我國已建成岸電 2400余套，這些設(shè)備使用中存在與船舶供電不匹配等諸多問題，并且不能直接為純電池動力船舶進(jìn)行充電，但是為電池動力船舶獲取動力提供了較好的硬件基礎(chǔ)。隨著《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實(shí)施方案》的持續(xù)推進(jìn)，特別是船用岸電使用方面政策的強(qiáng)制實(shí)施，全國岸電的配套規(guī)模和區(qū)域有望進(jìn)一步擴(kuò)大和提升。
五、鋰電池在船舶應(yīng)用中的問題
1、缺少統(tǒng)一規(guī)劃
一是電池動力船舶推廣缺少統(tǒng)一部署。在電池動力船舶的應(yīng)用和推廣中，鋰電池生產(chǎn)企業(yè)、電力企 業(yè)、配套企業(yè)各自推進(jìn)，缺少國家層面的宏觀規(guī)劃，技術(shù)研發(fā)、發(fā)展路徑、推廣模式缺少統(tǒng)一的規(guī)劃和指導(dǎo)。目前，我國只有個(gè)別省市出臺了電動船建設(shè)、改造補(bǔ)貼方案，如《深圳市綠色低碳港口建設(shè)補(bǔ)貼資金管理暫行辦法實(shí)施細(xì)則》《廣州港口船舶排放控制補(bǔ)貼資金實(shí)施方案》，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，由于電池動力船舶雖然使用成本低，但前期投入較多，電池動力船舶推進(jìn)系統(tǒng)的造價(jià)一般是傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的 2.2至 2.5倍。由于電動船產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，國家對新建、改建電池動力船舶并未出臺專門的補(bǔ)貼政策，在電價(jià)優(yōu)惠、岸電規(guī)劃方面缺少統(tǒng)一的部署。二是缺少對鋰電池全生命周期的規(guī)劃。鋰電池的生命周期受使用環(huán)境、充放電循環(huán)工況等因素的影響，電池一旦老化，安全風(fēng)險(xiǎn)會急劇增加。電池的負(fù)荷狀態(tài)（SOC）由100%降低到 80%一般認(rèn)為電池即將壽命終止，按照目前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 廠家承諾的電池壽命為 8年，而船舶的壽命按照 20~30年計(jì)算，在船舶的生命周期內(nèi)要進(jìn)行三到四次的電池更換，對于電池的生產(chǎn)、使用、報(bào)廢、分解以及再利用等整個(gè)生命周期的綜合處理，缺少相應(yīng)的政策引導(dǎo)。
2、技術(shù)法規(guī)不完善
一是船用標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。鋰電池根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域其性能標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，目前船用鋰電池性能標(biāo) 準(zhǔn)參用電動汽車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)通用性能和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)還未形成?？紤]到船用鋰電池蓄能能力是車用鋰電池能力級別的幾十倍甚至上百倍，且船用產(chǎn)品工作環(huán)境更惡劣、 安全性能要求更高，因而船用試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)引用 IEC及國標(biāo)電動車標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的局限性和不適用性。船用標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建和完善是目前急需解決的問題。
二是檢驗(yàn)法規(guī)尚不完善。雖然相關(guān)海事局已經(jīng)編制了內(nèi)河動力船舶技術(shù)規(guī)范，但是由于船用鋰電池產(chǎn)業(yè)能力偏弱，尚不具備向長途、 大功率船舶供貨的能力，因而對于沿海電池動力船舶相關(guān)法規(guī)的編制尚處于起步階段。
三是鋰電池作為船舶動力應(yīng)用的研究有待進(jìn)一步深入。電池動力船舶根據(jù)能源形式一般可歸為兩類：純電池動力船舶和混合動力船舶。由于電池動力船舶實(shí)船較少，對此類系統(tǒng)的安全性、動力匹配性研究及積累的經(jīng)驗(yàn)尚顯不足。兩種技術(shù)路徑的優(yōu)劣還有待實(shí)際運(yùn)營的驗(yàn)證， 缺少數(shù)據(jù)積累。純電池動力的安全性差、能量密度低，以及一次性投入成本太高等缺點(diǎn)，是制約其在船舶領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙。動力電池作為大容量儲能元件，其本身具有起火爆炸等隱患，在船舶航行中存在電池失效、控制系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)，在船舶操縱過程中存在因故障、特殊天氣條件導(dǎo)致的安全返航風(fēng)險(xiǎn)，在船舶停泊充電期間存在船岸操作安全事故風(fēng)險(xiǎn)等。
3、企業(yè)技術(shù)水平不高
電池動力船舶的整體性能取決于兩個(gè)方面：船舶設(shè)計(jì)建造水平和關(guān)鍵部件（如動力電池和能源管理系統(tǒng)）生產(chǎn)質(zhì)量。
船舶建造設(shè)計(jì)方面，依然處于初級階段，目前的電動船依然是能源動力的替換，需要按照電動能源的性能特點(diǎn)，進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)革新。
就電池動力和能源管理系統(tǒng)而言，并未形成具有明顯市場優(yōu)勢的電池系統(tǒng)供應(yīng)廠商以及推進(jìn)和動力供應(yīng)商，核心部件和產(chǎn)品與國外存在一定差距，船用電池系統(tǒng)、船用電池動力制造能力尚且不足。
4、船型應(yīng)用受限
目前國內(nèi)鋰電池動力船舶的容量一般控制5000KWh以下，其續(xù)航里程受充電裝置、充電時(shí)間的限制，其應(yīng)用僅限于在短途客運(yùn)、渡輪、景區(qū)旅游客船、短途定航線貨船領(lǐng)域。
六、磷酸鐵鋰電池在船舶中應(yīng)用的優(yōu)勢
新興的“鋰電池電動船舶”以綠色環(huán)保、零污染、安全以及使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，將成為內(nèi)河、湖泊的短距離運(yùn)輸船、觀光船、輪渡船等的首選船舶。而作為鋰電池家族最安全磷酸鐵鋰電池，伴隨著近年來相關(guān)鋰電池技術(shù)在安全、長續(xù)航、大功率、長壽命等技術(shù)難題的突破，磷酸鐵鋰電池以其相對較低的價(jià)格,較高的能量密度簡易的維護(hù),以及優(yōu)異的安全性能將成為電動船舶發(fā)展的優(yōu)選能源。相對于其它鋰電池，磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于船舶具有以下優(yōu)勢：
1）磷酸鐵鋰電池安全性更高
磷酸鐵鋰電池安全性和耐高溫性能優(yōu)異正交橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4 正極磷酸鐵鋰電池是目前最安全的鋰離子電池正極材料，且不含有對人體有害的重金屬元素，其橄欖石結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)架穩(wěn)固，氧（O ）與磷（P）以強(qiáng)共價(jià)鍵牢固結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)中的氧難以與電解質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，即便在高溫情況下也不會形成結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱，這能夠很好的保證電池充放電過程的穩(wěn)定性與安全性，磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá) 350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣（-20℃~+75℃），其優(yōu)異的高溫性 能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢使其成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。
2）磷酸鐵鋰電池的使用壽命更長
磷酸鐵鋰電池，完整充電循環(huán)壽命在 2000 次以上，標(biāo)準(zhǔn)充放電（5 小時(shí)率）使用，一般可達(dá)到 2000 次。而鉛酸電池的循環(huán)使用次數(shù)在 300 次左右，最大一般不超過 500 次，使用年限多在 1~1.5 年時(shí)間，相同條件下的磷酸鐵鋰電池理論壽命將達(dá)到 7~8 年。并且磷酸鐵鋰電池具備大電流放電能力，也可使用大電流 2C 快速充放電，而鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。
3）量產(chǎn)產(chǎn)品單位能量密度較高具備價(jià)格優(yōu)勢
據(jù)報(bào)道，2018 年量產(chǎn)的方形鋁殼磷酸鐵鋰電池單體能量密度在 160Wh/kg 左右，2019 年一些優(yōu)秀的電池廠家大概能做到175-180Wh/kg 的水平，個(gè)別厲害的公司量產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池單體能量密度最高已突破 190Wh/kg，目前市場上已經(jīng)有攻克磷酸鐵鋰電芯 200wh/kg 的高難度，并且磷酸鐵鋰體系還可繼續(xù)提升能量密度，隨著市場對未來電動船舶市場、儲能市場的看好，未來磷酸鐵鋰電池應(yīng)用在電動船舶領(lǐng)域的比例增多的同時(shí)必然會在能量密度將迎來較大的發(fā)展，同時(shí)單位價(jià)格也會呈現(xiàn)下降趨勢。
4）綠色無污染的環(huán)保產(chǎn)品
磷酸鐵鋰電池一般不含任何重金屬與稀有金屬無毒無污染（由 Societe Generale de Surveillance S.A.認(rèn)證通過），且符合歐洲《關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令(Restriction of Hazardous Substances) 規(guī)定，是絕佳的綠色環(huán)保電池。
七、磷酸鐵鋰電池在電動船舶中應(yīng)用的主要船型
當(dāng)前純電動船舶在觀光客船、景區(qū)畫舫、沿江沿海渡船、和內(nèi)河貨船、港口拖船、江海聯(lián)運(yùn)散貨船、集裝箱船等多種船型等船型均有應(yīng)用，船型方面包含客船、渡船、旅游船、公務(wù)船、工程船、干散貨船、集裝箱船等多種船型。不過現(xiàn)階段超過 5000 噸級的中大型船舶完全鋰電化難度依然較大。目前結(jié)合當(dāng)前政府在船舶電動領(lǐng)域的推廣情況和內(nèi)河、湖泊區(qū)域的環(huán)保要求來看，未來一段時(shí)間內(nèi)船舶電動化尤其是純電動船將主要在內(nèi)河水域、湖泊等相對封閉水域獲得較大發(fā)展，主要集中在沿江沿海城市渡船、觀光船、內(nèi)河 （湖）貨船、港口拖船等市場 。且這些船舶噸位多集中在 2000 噸以內(nèi)的船舶類鋰電池在汽車、電腦等方面已有大量的應(yīng)用，但船舶市場應(yīng)用相對較少。目前，大容量電池儲能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)已有了重大突破，而且各國政府環(huán)保政策等外 部因素的推動，也為船舶電池應(yīng)用的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的后盾。船舶的鋰電池應(yīng)用應(yīng)該以此為契機(jī)，進(jìn)行發(fā)展及推廣， 以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。
八、行業(yè)龍頭鋰電池公司介紹
1. 寧德時(shí)代
寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司成立于2011年，是國內(nèi)率先具備國際競爭力的動力電池制造商之一，專注于新能源汽車動力電池系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，致力于為全球新能源應(yīng)用提供一流解決方案，核心技術(shù)包括在動力和儲能電池領(lǐng)域，材料、電芯、電池系統(tǒng)、電池回收二次利用等全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)及制造能力。2017年該公司動力鋰電池出貨量全球遙遙領(lǐng)先，達(dá)到11.84GWh。已與國內(nèi)多家主流車企建立合作關(guān)系，并成功在全球市場上占據(jù)一席之地，也成為國內(nèi)率先進(jìn)入國際頂尖車企供應(yīng)鏈的鋰離子動力電池制造廠商。
2. 比亞迪
比亞迪業(yè)務(wù)布局涵蓋電子、汽車、新能源和軌道交通等領(lǐng)域，從能源的獲取、存儲，再到應(yīng)用， 全方位構(gòu)建零排放的新能源整體解決方案。在新能源領(lǐng)域，比亞迪擁有電池、太陽能、儲能等新能源產(chǎn)品及完整的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)品遍及美國、德國、日本、瑞士、加拿大和澳大利亞等新能源發(fā)達(dá)市場和新興市場。
3. 億緯鋰能
惠州億緯鋰能股份有限公司（簡稱：億緯鋰能）成立于2001年，于2009年在深圳創(chuàng)業(yè)板首批上市，歷經(jīng)21年快速發(fā)展，已成為具有全球競爭力的鋰電池平臺公司，同時(shí)擁有消費(fèi)電池和動力電池核心技術(shù)和全面解決方案，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
4. 國軒高科
國軒高科股份有限公司于1995年01月23日，公司經(jīng)營范圍包括鋰離子電池及其材料、電池、電機(jī)及整車控制系統(tǒng)的研發(fā)等。2019年10月22日，“2019全球新能源企業(yè)500強(qiáng)榜單”發(fā)布，國軒高科股份有限公司位列第185位
5. 鵬輝能源
鵬輝能源（深圳創(chuàng)業(yè)板，股票代碼300438）成立于2001年，注冊資本4.2億元人民幣，鵬輝是一家20余年來一直專注于鋰電池生產(chǎn)制造與研發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)。公司業(yè)務(wù)范圍已覆蓋數(shù)碼消費(fèi)類電池、新能源汽車動力電池、儲能電池以及輕型動力電池、電動工具電池等眾多領(lǐng)域，全面實(shí)現(xiàn)了新能源產(chǎn)業(yè)鏈的完美覆蓋，并率先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，主要技術(shù)指標(biāo)處于國內(nèi)、國際先進(jìn)水平。
6. 中航鋰電
中航鋰電成立于2007年，是由中國航空工業(yè)集團(tuán)公司、中國空空導(dǎo)彈研究院、四川成飛集成科技股份有限公司、中航投資控股有限公司、航建航空產(chǎn)業(yè)股權(quán)投資（天津）有限公司、江西洪都航空工業(yè)股份有限公司、洛陽興航投資有限責(zé)任公司共7家單位，共同投資建設(shè)的專業(yè)從事鋰離子動力電池、電源管理系統(tǒng)研發(fā)與生產(chǎn)的高科技公司，是一家擁有先進(jìn)管理、技術(shù)、制造能力的現(xiàn)代企業(yè)。公司位于河南省洛陽市國家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，專業(yè)從事鋰離子動力電池、電源管理系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)，是國內(nèi)領(lǐng)先的生產(chǎn)100AH以上高倍率、長壽命、大容量鋰離子動力電池制造專業(yè)公司，是承擔(dān)國家863重大專項(xiàng)“大容量磷酸鐵鋰動力電池及動力模塊技術(shù)開發(fā)”的單位。
