中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月9日，第二屆儲(chǔ)能電池技術(shù)發(fā)展方向研討會(huì)在京召開。
本次會(huì)議由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)與中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組聯(lián)合主辦，北京好風(fēng)光儲(chǔ)能技術(shù)有限公司、浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司、中天儲(chǔ)能科技有限公司、長興太湖能谷科技有限公司及合肥博澳國興能源技術(shù)有限公司等單位聯(lián)合支持。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授出席了本次會(huì)議，并發(fā)表了題為《儲(chǔ)能用鋰離子電池關(guān)鍵材料及應(yīng)用進(jìn)展》的報(bào)告，以下為演講全文：
王振波：我是來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王振波，我今天報(bào)告題目是儲(chǔ)能鋰離子電池關(guān)鍵材料及應(yīng)用進(jìn)展，我將從以下五個(gè)方面介紹我報(bào)告基本情況。對(duì)于儲(chǔ)能來說大家可能并不陌生，對(duì)于儲(chǔ)能種類來說，大家可能知道的并不多，我簡單說一下。第一種儲(chǔ)能方式是抽水儲(chǔ)能，其也最成熟，占比最大的一種儲(chǔ)能方式，占總的裝機(jī)容量的96%；其他的如熱能儲(chǔ)存、機(jī)械儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能的總和才僅僅占4%左右。這是全世界儲(chǔ)能基本情況。
這是近十年來全球的電化學(xué)儲(chǔ)能有總體裝機(jī)情況統(tǒng)計(jì)。電化學(xué)儲(chǔ)能相對(duì)于其他的儲(chǔ)能方式來說，在規(guī)模和場地上更加靈活，而且適應(yīng)性更強(qiáng)，并具有更快的響應(yīng)速度，從2016年開始有一個(gè)很大的發(fā)展增量，增長非常顯著的。從2017年全球新增裝機(jī)容量來看，前十位的有這樣十個(gè)國家，美國排第一位的，我們中國是排第五位，而且在一些小的國家，比如荷蘭和新西蘭有一個(gè)很好的表現(xiàn)。在2017年全球儲(chǔ)能技術(shù)供應(yīng)商中，我們國家有兩個(gè)單位，南都電源和比亞迪，韓國有兩家，日本有一家。電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域里包括很多儲(chǔ)能器件，如鋰離子電池、鉛酸蓄電池、鎳氫電池、超級(jí)電容器、鈉硫電池等等，以及今天上午講的全固態(tài)電池，還有一些其他的電化學(xué)儲(chǔ)能方式，他們?cè)诓煌念I(lǐng)域，根據(jù)他們自己的特點(diǎn)都有一定的表現(xiàn)。從2017年全球的電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)來看，鋰離子電池還是一家獨(dú)大，目前達(dá)到59%這樣一個(gè)比例。從2017年新增的電化學(xué)儲(chǔ)能容量來看，93%是鋰離子電池，7%左右是鉛酸，其他的非常少。目前大家都知道鋰離子電池成本還是比較高的，技術(shù)還不成熟，常常出現(xiàn)這樣那樣的問題，所以我們認(rèn)為鋰離子電池還是在儲(chǔ)能領(lǐng)域處于市場導(dǎo)入期。在2017年全球的一個(gè)儲(chǔ)能鋰電池出貨量10.4個(gè)Gwh，同比增長38%；相信在未來，隨著我們國家政策推動(dòng)作用，以及鋰離子電池成本和技術(shù)成熟，在儲(chǔ)能領(lǐng)域會(huì)有更好的表現(xiàn)。
簡單介紹一下第二個(gè)問題，我們?cè)趦?chǔ)能領(lǐng)域的研究，主要做的是鎳鈷錳523正極材料，對(duì)生產(chǎn)做了一些研究，我們也對(duì)他進(jìn)行一個(gè)改進(jìn)研究， 1C倍率放電容量大于157mAh/g。我們也對(duì)它進(jìn)行了一些性能的改進(jìn)，比如我們對(duì)它進(jìn)行鈦等離子摻雜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)倍率性能顯著提升。我們工科院校，跟企業(yè)合作比較密切的，在和企業(yè)合作過程中，把企業(yè)生產(chǎn)小顆粒材料和一些大顆粒材料進(jìn)行一些混配，這樣既可以提高材料的倍率性能和能量密度，同時(shí)為企業(yè)減少了不必要的浪費(fèi)，提高了企業(yè)的效益，這個(gè)已經(jīng)在企業(yè)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化。另外我們自己也做了一些工業(yè)化的探索，我們自己做的鎳鈷錳523正極材料，和西安企業(yè)做了一些合作，有近190噸的出貨，其性能滿足動(dòng)力和儲(chǔ)能要求。
鎳鈷錳622比523高8-15mAh/g，2015年我們對(duì)它進(jìn)行中試，對(duì)對(duì)其進(jìn)行改性處理。NCA材料大家都知道，因?yàn)楸饶芰肯鄬?duì)比較高，所以未來認(rèn)為是“十三五”期間電動(dòng)汽車上必用的一種材料，我們對(duì)它進(jìn)行一些研發(fā)。對(duì)基本制備工藝技術(shù)及性能進(jìn)行了改進(jìn)研究；另外對(duì)它進(jìn)行一些摻錳酸鋰的改性研究。大家都知道特斯拉電動(dòng)汽車上的電池用的就是這種正極材料。我們國家的電池企業(yè)做這種電池的時(shí)候受到很多因素影響，目前還沒有真正做成質(zhì)量非常好的NCA電池；因而我們國家選擇退而求其次采用鎳鈷錳811的技術(shù)路線，大家也在進(jìn)行研發(fā)。
另一種材料我們做的就是高壓鎳錳酸鋰，這是二元的材料；大家知道鈷儲(chǔ)量有限、且具有放射性，在下一個(gè)五年或者更長一段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)該來說低鈷的材料應(yīng)占主流。我們對(duì)這個(gè)材料進(jìn)行詳細(xì)的的研究。如果這種材料和鈦酸鋰配的話，可以給出3.2伏電壓工作電壓，所以單體電池比能量可以達(dá)到110瓦時(shí)每公斤。我們做了一些工藝上的探索，做成了這種球形的、中空的、多孔的材料，3000次容量保持率為76.2%，這是文獻(xiàn)上報(bào)道是最好的數(shù)據(jù)。對(duì)于“十四五”來說，另一種材料是我們應(yīng)該著重關(guān)注的，“十四五”期間應(yīng)該是單體電池能量密度要達(dá)到350瓦每公斤，如果再發(fā)展的話，富鋰錳基材料是我們必須要進(jìn)行科研公關(guān)的。但富鋰錳基材料電導(dǎo)率比較低、倍率性能差、循環(huán)過程中存在電壓衰減。我們?cè)谶@里做了一些工作，作一些復(fù)合，復(fù)合后材料容量可以達(dá)到304 mAh/g，其首次效率達(dá)到91.7%，這個(gè)性能是非常不錯(cuò)的。對(duì)于鋰離子電池來說如果一個(gè)材料循環(huán)超過300次的話，就有很好的應(yīng)用前景。目前這種材料我們已經(jīng)做到了400周循環(huán)，容量保持率是87.7%，而且倍率性能也非常不錯(cuò)。
此外其他材料里面我們也做了探索，比如鋰（鈉）混合電容器。其吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，但并不完全具備兩者全部的優(yōu)點(diǎn)；我們?cè)谶@里做了一些工作，想提高它的比能量，我們自制的鈦酸鈉和鈦酸為負(fù)極材料，石墨烯為正級(jí)材料，做成軟包鈉離子混合電容器，它的體積能量密度我們做到了15.6瓦時(shí)每公斤和120瓦時(shí)每公斤的功率密度和能量密度，5000次循環(huán)后質(zhì)量保持率達(dá)82.5%。
在鈉離子電池材料方面，上午胡老師也介紹了，鈉離子電池我們做了一些工作，以工程應(yīng)用為主，我們制備了磷酸釩鈉正極材料，其循環(huán)2000次容量保持率為90.2%。儲(chǔ)能鋰離子電梯電池方面也做了一些工作，我們搞工程的，和企業(yè)合作比較多，跟西安瑟福、山東奧冠、浙江天能開展深度合作，在軍品、動(dòng)力、儲(chǔ)能等領(lǐng)域做了一下研究工作。這是我們合作開發(fā)的磷酸鐵鋰電池，其額定容量是20AH，適合于對(duì)體積不是很敏感的領(lǐng)域。
對(duì)這種磷酸鐵鋰電池的低溫和高溫也進(jìn)行研究：零下20度放電不低于常溫的75%，55度放電不低于99%。這是兩支電池做的四千次的平行性實(shí)驗(yàn)，兩支電池一致性非常好。這是37Ah三元NMC/C 的單體電池性能，比能量我們做到了220Wh/kg；可以實(shí)現(xiàn)3 C充電和8C放電。這是它的低溫性能和倍率以及充放電性能，-20℃1C放電比例大于82%，55℃1C放電比例大于102%；5C倍率充電，恒流充電比例為73%；8C倍率放電比例為85%。5C和8C的倍率特性表現(xiàn)也很不錯(cuò)。這是兩支NCM/C的電池循環(huán)性能曲線，1C滿充放2500次容量保持率大于85%。
另外我們也做了一些NCM配鈦酸鋰的軟包電池，大家都認(rèn)為和鈦酸鋰配的電池一般都是圓柱，軟包電池是比較難做的，要脹氣。我們做的能量密度為72瓦時(shí)每公斤。我認(rèn)為這種電池不會(huì)是一個(gè)大眾產(chǎn)品，應(yīng)該是一個(gè)小眾產(chǎn)品，適合于低溫和快速充電放電的時(shí)候，非常適合于國家一些特殊的在低溫條件下的環(huán)境，另外對(duì)于體積不敏感的領(lǐng)域也是很好的應(yīng)用。
這種電池零下四十度放電容量大于常溫的62%。我記得有些企業(yè)宣傳的是零下40度70%，我們沒有做到這個(gè)程度，零下四十多度我們國家在北部能有這個(gè)溫度，其他也沒有，所以我們僅僅開發(fā)了針對(duì)這一個(gè)小的領(lǐng)域做了一些這方面工作。我認(rèn)為做適合市場的產(chǎn)品可能更好一點(diǎn)，對(duì)于企業(yè)來說做那么多的無用功是沒有必要的。對(duì)于我們哈爾濱來說，我記得我上學(xué)時(shí)候零下35度就那么幾天，現(xiàn)在連零下30度天氣都找不著了，開發(fā)零下40度電池到底有沒有意義，有多大意義，的確值得我們商榷，我們花錢不討好，這個(gè)事情應(yīng)該少做為妙。
我們還做了3 C充放電測試，11000次容量保持率大于80%，6C充10C放容量保持率大于81%。對(duì)鋰離子電池來說我們是工科院校，我們還做了一些電池系統(tǒng)應(yīng)用示范，下面都是軍用電池，大家不要外傳。我們軍用電池做的小一點(diǎn)的幾個(gè)安時(shí)電池包，有異型電池，大一點(diǎn)的幾十個(gè)安時(shí)的，在軍口很多地方都有應(yīng)用。另外我們做的略大一點(diǎn)的有27個(gè)安時(shí)的，還有更大一點(diǎn)的45安時(shí)的，應(yīng)該有兩個(gè)千瓦時(shí)。做的更大的就是400個(gè)安時(shí)的，這是我剛剛做完的一款跟企業(yè)合作電池，目前在某國家的檢測中心正在進(jìn)行比測。
下一個(gè)就是國內(nèi)的儲(chǔ)能市場展望，2016年應(yīng)該是我們國內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的元年，在這一年也就是“十三五”初期開局之年，電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了國家政策的大力支持，被納入“十三五”規(guī)劃綱要，這是非常了不起的事情。隨著國家和地方政策相應(yīng)出臺(tái)，我們企業(yè)如雨后春筍般都在往儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)展。有人更樂觀的估計(jì)說到“十三五”末期，2020年達(dá)到千億水平，當(dāng)初我就說有點(diǎn)太樂觀了，我想盡管我們國家的政策進(jìn)行了很多這方面刺激，也實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式的增長，但是我想這就相當(dāng)于我們國家在七八十年代的經(jīng)濟(jì)增長一樣，我們一窮二白，底子薄，增長10%，連續(xù)增長幾十年增長不了多少，美國人家底子厚，增長百分之二三就很多了，動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池一樣的，雖然儲(chǔ)能電池增長非?？斓模A(chǔ)比較薄弱的。從另一個(gè)角度來說，可以看到我們國家政策從“十三五”期間終于關(guān)注儲(chǔ)能領(lǐng)域里，相信未來我國儲(chǔ)能領(lǐng)域會(huì)有更大的發(fā)展空間。
從近12年的國內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)來看，2016年是元年，到2018年預(yù)計(jì)達(dá)到560兆瓦時(shí)，到2020年復(fù)合增長率達(dá)到46%。國內(nèi)市場還是鋰離子電池一家獨(dú)大，之后就是鉛酸電池，而2017年我們國家的裝機(jī)容量來看，鉛酸電池相對(duì)來說比較少，幾乎都是鋰離子電池，這與國家大的政策有關(guān)系。但是我想隨著未來發(fā)展，鋰離子電池一定是占整個(gè)支配地位的一個(gè)領(lǐng)域。2017年鋰離子電池出貨達(dá)到5個(gè)GWh，預(yù)計(jì)2018年達(dá)到8.21個(gè)GWh，2020年達(dá)到16.64GWh。我們國家鋰離子電池市場為1300多個(gè)億，已經(jīng)達(dá)到世界總市場一半份額了。盡管儲(chǔ)能市場有前三年的迅猛增長，但是還沒有達(dá)到預(yù)期的千億水平，需要大家進(jìn)一步努力。
2017年國內(nèi)的儲(chǔ)能技術(shù)主要供應(yīng)商有南都等5家，剛才我說了在國際上南都排進(jìn)了前五，緊隨其后的是雙登、圣陽、中天科技、三星，還有其他企業(yè)也都加入了這個(gè)大軍，這是一個(gè)好事。從整個(gè)國內(nèi)的儲(chǔ)能發(fā)展來看，電池技術(shù)的確需要我們?nèi)ヌ岣?，鋰離子電池到成熟期了嗎？絕對(duì)沒有。還需要我們廣大同仁進(jìn)一步努力來提升它的技術(shù)水平。項(xiàng)目的運(yùn)營可能不是非常成熟，需要我們改變模式，我看有一些投資融資的朋友也在場，希望能夠在儲(chǔ)能領(lǐng)域有一些投入，跟我們企業(yè)一起投入一些，但馬上就要見效益，相對(duì)比較難的。希望投資商能在鋰電儲(chǔ)能行業(yè)和我們真正做長久夫妻，使鋰電儲(chǔ)能這個(gè)行業(yè)健康的茁壯成長。
未來我想我們一定要生活在智能電網(wǎng)控制下的智慧城市里，電化學(xué)儲(chǔ)能是必不可少的，希望大家共同努力，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)能大發(fā)展。21世紀(jì)是新能源的世紀(jì)，我們堅(jiān)信：新能源能夠使我們生活變的更加美好，謝謝大家。
