中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：三星因?yàn)槭謾C(jī)電池安全出了問題，導(dǎo)致三星公司市值在短短幾天之內(nèi)下去了200多億美金，卻給了中國企業(yè)超越它的機(jī)會(huì)！從IT、3C電池到動(dòng)力電池到儲(chǔ)能電池，到現(xiàn)在中國已經(jīng)站在一個(gè)比較好的位置。
電池里面負(fù)極材料是碳材料可燃，入鋰后電池充電后負(fù)極嵌入鋰后更加危險(xiǎn)易燃，電解液是有機(jī)的溶劑，屬于可燃材料，隔膜是材料，也是易燃材料，就是說電池內(nèi)部大部分材料是易燃物質(zhì)，包括鋁，銅箔集流體。
哪種材料不能減少？何種材料不可貪多？請(qǐng)跟隨北極星儲(chǔ)能網(wǎng)記者一同聽取國家著名的電池專家、中科院物理所黃學(xué)杰老師分享的鋰離子儲(chǔ)能電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢報(bào)告。
黃學(xué)杰：各位老師、同學(xué)上午好，我想因?yàn)閯偛庞辛藘晌环浅：玫膱?bào)告，都講到了儲(chǔ)能非常重要。我特別同意蒙老先生的觀點(diǎn)，儲(chǔ)能今天不僅是在清潔能源，在電池高效利用，電動(dòng)車量斗需要好的電池。因?yàn)殡姵啬壳笆侵匾膬?chǔ)能。電池很簡單，從鉛酸、NiCd、NiMH、鋰電池，大家口袋里都有，今天誰也離不開它。所以說整個(gè)全球市場份額上來講，目前鋰離電池的容量還是整個(gè)裝機(jī)容量低于鉛酸，但是發(fā)展的勢頭已經(jīng)超過了它。鋰電池本身概念很簡單，今天我們講鋰電池都是鋰離子電池。鋰離子在正負(fù)極之間流動(dòng)。我們這里抽鋰離子抽到負(fù)極這一頭，就充上電了。放電鋰離子從負(fù)極到正極，中間關(guān)鍵材料隔開隔膜和電解質(zhì)，今天電解質(zhì)基本是液體，大家很關(guān)心它的安全問題。
什么樣的材料能夠作為正極材料，高電位還有鋰的化合物，構(gòu)成它的正極材料。什么樣的材料構(gòu)成它的負(fù)極材料。對(duì)金屬來講是低電位，又可以儲(chǔ)存鋰離子。無論通過什么樣的方式，通過嵌入或者合金化可以把鋰儲(chǔ)存下來作為負(fù)極。
電池很重要，今天大家都很關(guān)心它的安全性，我會(huì)先講一下安全性。大家都會(huì)知道三星手機(jī)電池出了問題，導(dǎo)致三星公司市值在短短幾天之內(nèi)下去了200多億美金，你就知道損失非常大。而且很有可能跟咱們?nèi)A為公司創(chuàng)造超越它的機(jī)會(huì)。為什么會(huì)有安全機(jī)會(huì)，電池里面負(fù)極材料是碳材料可燃，入鋰后電池充電后負(fù)極嵌入鋰后更加危險(xiǎn)易燃，電解液是有機(jī)的溶劑，屬于可燃材料，隔膜是材料，也是易燃材料，就是說電池內(nèi)部大部分材料是易燃物質(zhì)，包括鋁，銅箔集流體。
有的東西不能減少，必須增加。比如說負(fù)極，電池有更高的能量，我們需要更多的負(fù)極裝進(jìn)去，你就知道它會(huì)很難減少，還需要增加。有一件事情可以做到的，炸藥的量是沒法減少它，但是我們可以在雷管去掉，雷管變得穩(wěn)定起來，我們可以提高它的正極穩(wěn)定性。從制造、設(shè)計(jì)、應(yīng)用上面來講防止它的溫度過高，雷管點(diǎn)著的時(shí)候才會(huì)起作用。所以說防止出現(xiàn)這種現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)這種過熱，問題就來了，電池會(huì)越來越熱，你打電話手機(jī)開始發(fā)熱的時(shí)候趕緊把它扔掉，下一步就是泄氣，破裂，期貨，甚至有可能爆炸。所以大規(guī)模儲(chǔ)能，我們會(huì)把安全放在第一位。
怎么樣解決這個(gè)安全性，首先材料關(guān)系到安全性。為什么講正極材料作為例子。正極材料變成一種氧化劑，強(qiáng)度決定我們電池安全系數(shù)。鋰電池不像其他電池，鋰電池材料很多，正極材料也有很多。大家口袋里是鈷酸鋰，可以讓我們同樣尺寸手機(jī)擁有最長的待機(jī)時(shí)間。還有錳酸鋰，還有磷酸鐵力、三元材料，我不細(xì)講這個(gè)事情。不同材料都有它的不同特點(diǎn)，有的是能量密度高，有便宜，有的壽命長。我們做儲(chǔ)能要求壽命長，更重要它必須是穩(wěn)定，測量，拿熱分析。我們給它沖上電，跟電解液放在一起做熱分析，我們看它在什么樣的溫度下著起來。會(huì)開始發(fā)生發(fā)熱反應(yīng)，今天我們講的最多三元材料，特斯拉汽車?yán)锩嬗玫氖擎団掍X，這個(gè)材料跟電解液一起你的溫度到180，它非炸不可，你沒有東西制止他。特斯拉為什么用這個(gè)東西，他這個(gè)材料做的電池能量密度高，他要追求充一次電跑500公里。美國人命關(guān)天，為什么允許他做。鋰電池跟汽油不一樣，鋰電池短路、發(fā)熱到爆炸的時(shí)間，一般都在三分鐘以上。特斯拉的車是智能化，能做到一旦監(jiān)測電池過熱的時(shí)候，就快速報(bào)警，讓你的車停到路邊，你趕緊跑掉。前面人都跑掉了，后來在河南撞到大樹沒有跑掉，那個(gè)人可能已經(jīng)死掉了。另外車子嚴(yán)重變形，人都不敢去，只能讓它炸掉。這種事情放在車上可以，你可不敢拿它儲(chǔ)能，因?yàn)槟阃砩纤X的時(shí)候，你家里那個(gè)東西著了，那不行，你沒有時(shí)間跑。儲(chǔ)能我們需要更穩(wěn)定的電池，這里有一個(gè)材料，磷酸鐵鋰，它首先你把它跟電解液一起加熱之后，到了接近250度之后會(huì)放熱。你熱停下來之后，它就會(huì)自己冷下來。這個(gè)雷管你把他加熱到一定溫度，它會(huì)開始熱，但是你如果沒有持續(xù)的加熱，這個(gè)東西自己會(huì)冷下來，你就有了這個(gè)安全性的材料。中國的節(jié)能汽車需要這種材料，因?yàn)檫@種材料滿足了我們大規(guī)模的從公交車到小轎車到物流車。因?yàn)樵蹅冊(cè)谇懊娴碾姵貜S比較多，良莠不齊，萬幸中國人選擇這個(gè)材料，把這種正極材料產(chǎn)量做到全球最大。不是中國人材料產(chǎn)量最大，而是這個(gè)正極材料產(chǎn)量最大，中國把它做到了。這個(gè)過程中我們感謝兩位老先生，一位是鈷酸鋰、錳酸鋰材料發(fā)明人，他在80年代初發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰，90年代的時(shí)候他快80歲發(fā)明磷酸鐵鋰，現(xiàn)在蒙先生快90了，這位先生也很可敬，94歲每天早上第一個(gè)到實(shí)驗(yàn)室，還在一線工作。另外磷離子電子發(fā)明人M.Armand又是另外一個(gè)極端的例子，24歲發(fā)明了磷離子。他99年發(fā)現(xiàn)一個(gè)方法可以把它做成納米材料，這個(gè)材料開始起來?；谶@樣的材料，儲(chǔ)能電池我們就有了較為安全的體系，這就是國家電網(wǎng)為什么敢在張北分廠建那么大的儲(chǔ)能體系，進(jìn)入一個(gè)安全材料。
第二關(guān)鍵安全材料不多，你必須要有安全的結(jié)構(gòu)。我想因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，我不能細(xì)講。電池有圓有方，有軟包裝和硬。你的材料必須跟你的材料、應(yīng)用相適應(yīng)。你如果只是材料對(duì)了，你的電池設(shè)計(jì)部隊(duì)，也是要出問題的。剛才講的看起來很簡單，制造技術(shù)很重要，裝備很重要。軟的電極做好了，方的做成扁的，看起來很簡單，這個(gè)不能隨便疊。日本老牌電池公司，由于百年歷史的老牌公司，犯了一個(gè)大錯(cuò)，做這種高能量波音787飛機(jī)電池的時(shí)候，把本來應(yīng)該疊的電池因?yàn)樗牟牧弦粋€(gè)機(jī)械正負(fù)極膨脹，他采取比較方便轉(zhuǎn)讓式的結(jié)構(gòu)，出事了。氫電池做出來沒有問題，波音怎么測怎么合格，裝上飛機(jī)之后，幾十個(gè)起降下來你們的電池變成這個(gè)樣子，硬件軟硬導(dǎo)致里面變形，燒掉好幾架飛機(jī)期貨。波音飛機(jī)八個(gè)多月不能起飛，訂單丟掉500多架，很嚴(yán)重的罰了他。你不能走碟片式，而是要走有效的結(jié)構(gòu)，這點(diǎn)很重要。
好的電池配上好的結(jié)構(gòu)，不僅僅讓你安全，讓你的壽命好起來，這是我們08年時(shí)候突破了這個(gè)磷酸電池。09年大電池拿到國際上的認(rèn)證。這個(gè)也可以快速充電，這樣的電池，電力部門非常感興趣，這是EDF法國電力公司，08年拿到這樣的電池他們認(rèn)真做測試，這個(gè)電池到底有多長的壽命。接近兩年測試，這個(gè)電池有超過6000次的壽命，6000次以后還有80%。高溫下面，在45度的情況下，5000次還有50%多的容量。這個(gè)就意味著你找到合適的材料性，你采取合適的結(jié)構(gòu)，你會(huì)做出安全長壽命的電池。
今天鐵鋰電池跟鉛酸電池比，它的優(yōu)勢顯現(xiàn)出來。不僅僅在壽命，在低溫下面有更高的容量。溫度的適應(yīng)性很好，同時(shí)在大電流工作的情況下，也有更高的容量，這個(gè)就能夠體現(xiàn)出這個(gè)問題。還有跟磷酸鐵鋰電池更長壽命的電池是鈦酸鋰做負(fù)極。拿這種穩(wěn)定材料做負(fù)極，你可以看到大電流沖犯沒有問題。這種電池壽命是在2萬次以上，甚至更高。但是現(xiàn)在鈦酸鋰電池做普通儲(chǔ)能遇到一個(gè)問題，它的壽命是幾萬次，價(jià)格比普通電池高一倍，市場部接受它作為能量型的儲(chǔ)存，但是作為功率型的儲(chǔ)存。
長壽命電池，為什么測不同的溫度。電池壽命跟溫度有關(guān)系，我們可以看到在全球平均溫度地區(qū)，大部分地區(qū)平均溫度還是比較高，適合人類居住地區(qū)平均溫度都是比較高，本身企穩(wěn)就在20多度，加上電池本身發(fā)熱，很容易到40或50度。我們說要耐高溫的電池，就變得很重要。
很多的儲(chǔ)能體系，這是我在鉛酸創(chuàng)新大會(huì)上講的，他們希望我給他做一個(gè)對(duì)比，今天還有一些鉛酸電池運(yùn)在儲(chǔ)能系統(tǒng)上。因?yàn)樗膲勖容^短，剛開始它的付的錢很少，你如果要把壽命因素算進(jìn)去，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)在某些應(yīng)用產(chǎn)品優(yōu)于鉛酸。鉛酸行業(yè)每年開創(chuàng)新大會(huì)，開了四屆，剛開始他知道我是做鋰電一定請(qǐng)我去，怕你到外面反對(duì)鉛酸，你受教育。我去了三次，我去了做一個(gè)報(bào)告。作報(bào)告的結(jié)果就是今天所有鉛酸廠全部投資做鋰電。到了今年鉛酸創(chuàng)新大會(huì)還是歡迎你來，但是不允許你作報(bào)告，只能主持一場會(huì)議，這是一個(gè)玩笑話，確實(shí)行業(yè)發(fā)展很明顯。
有很多很多儲(chǔ)能體系，我不細(xì)講，保國教授有很好的敘述。我從效率上面來講，電池還是最高的。我們可以看到像采用電池的儲(chǔ)能，能量拿出來和儲(chǔ)存進(jìn)去的能量效率比大概是90%。這個(gè)就為什么國家張北分廠建了非常大的磷酸鐵鋰體系，運(yùn)行好幾年，運(yùn)行非常好。剛開始建也是提心吊膽，現(xiàn)在幾年下來證明效果很好。好多兆瓦級(jí)的儲(chǔ)能項(xiàng)目，還有功利型的調(diào)解，調(diào)頻和電能質(zhì)量。既有高功率磷酸鐵鋰電池，這個(gè)公司已經(jīng)被浙江萬向集團(tuán)收購了。對(duì)這種功率的調(diào)節(jié)，鈦酸鋰電池可以看到能夠在20毫秒之內(nèi)快速響應(yīng)，所以說已經(jīng)開始能夠起到很好的作用。
大家都知道電動(dòng)汽車發(fā)展很快，因?yàn)榻裉爝@個(gè)會(huì)是儲(chǔ)能會(huì)，我還是要說一下將來的電動(dòng)汽車跟儲(chǔ)能的結(jié)合是越來越緊密，每個(gè)家庭都有電動(dòng)汽車的時(shí)候，其實(shí)你的電動(dòng)汽車的話就是你的儲(chǔ)能，可以把低谷電儲(chǔ)存起來，白天一部分拿來開車，多余的電可以用來回饋給電網(wǎng)。現(xiàn)在國際上像ABB都有專門的項(xiàng)目，跟美國一些公司、中國一些公司都有合作。
未來實(shí)際上是對(duì)于電動(dòng)汽車來講，它開車不僅僅是一個(gè)交通工具，也是一個(gè)儲(chǔ)能，跟我們這個(gè)結(jié)合起來也是很有價(jià)值的事情。中國的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)在快速的發(fā)展，你可以看到政府有很大的支持，經(jīng)過運(yùn)行之后到2015年到50萬輛，我們目標(biāo)到2020年的時(shí)候到500萬輛。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，現(xiàn)在政府很大補(bǔ)貼，政府要取消補(bǔ)貼，靠電池技術(shù)的技術(shù)，不僅是壽命跟技術(shù)指標(biāo)，還有它的價(jià)格，50%的下降，降到一半。就跟太陽能一樣，正因?yàn)檫^去十幾年努力，價(jià)格從每瓦30多塊錢降到每瓦3塊錢，還要往下降。鋰電剛開始很高的價(jià)格，剛開始2塊錢一瓦時(shí)，緊接著到一塊錢1瓦時(shí)。
電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展支持電池，無疑也就會(huì)為儲(chǔ)能帶來機(jī)會(huì)。一個(gè)是電動(dòng)汽車本身就是儲(chǔ)能單元，第二就是這個(gè)電動(dòng)汽車拿下來之后還能儲(chǔ)能，二次利用，產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)非常好。整個(gè)鋰電產(chǎn)業(yè)從剛開始，80年代的863啟動(dòng)的時(shí)候，20多年，現(xiàn)在快30年走下來，一步一步走，從剛開始仿造，進(jìn)口材料，到今天大部分材料國產(chǎn)化，我們主要一些材料成為重要的生產(chǎn)國和出口國，一步一步走下來。所以說從IT、3C電池到動(dòng)力電池到儲(chǔ)能電池，到現(xiàn)在中國已經(jīng)站在一個(gè)比較好的位置。太陽能咱們已經(jīng)站在很好的位置，同樣儲(chǔ)能的電池也站在一個(gè)很好的位置。
可以看到到2020年的時(shí)候，能量型的電池重要不僅僅是功率上升還有壽命上升，五千到一萬次。在1塊錢以內(nèi)。這種情況下，我儲(chǔ)存一度電，90%的效率只要1毛錢。這是電池技術(shù)的進(jìn)步會(huì)帶來的貢獻(xiàn)。
后面我想簡單講一下，負(fù)極材料也是30年，有一些基準(zhǔn)材料。往里加合金是97年提出來的。中科院也在廣州建立工藝裝備平臺(tái)，大規(guī)模裝備對(duì)全國的開放，而且生產(chǎn)型的裝備，不是幾米，是幾十米，這個(gè)是為行業(yè)作貢獻(xiàn)。同時(shí)在北京有一個(gè)專項(xiàng)，我們對(duì)它的分析，對(duì)這種從材料到電池，從表面到界面，熱學(xué)分析，對(duì)全球開放。今天整個(gè)行業(yè)具備很好的發(fā)展條件，需求也很明確，所以鋰電必然在儲(chǔ)能方面發(fā)揮更大的作用。同時(shí)我們也在感覺無論是能量型的儲(chǔ)存還是電能質(zhì)量提升，他都會(huì)起作用。跟其他的儲(chǔ)能一起，盡可能的減少火電站的建設(shè)的數(shù)量。我想減少每個(gè)利潤，為環(huán)境質(zhì)量作貢獻(xiàn)。這個(gè)就是我的報(bào)告，謝謝。
(本文系依據(jù)會(huì)場速記文稿整理，略有刪節(jié)，紕漏之處,敬請(qǐng)見諒)
