鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用有哪些？介紹鋰電池包行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-30 17:48
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隨著鋰電池包在各領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，尤其是在電動(dòng)汽車、新能源、軍事等領(lǐng)域逐步推廣，各國以及各大企業(yè)紛紛加大研發(fā)力度。材料技術(shù)不斷完善與鋰電池研發(fā)加速融合，2018年鋰電池包行業(yè)涌現(xiàn)出多項(xiàng)新技術(shù)和新產(chǎn)品，喙頭十足。
鋰電池包首先切入手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本等消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場，用了幾年時(shí)間迅速一統(tǒng)天下，而鎳鎘電池、鎳氫電池則快速退出這個(gè)市場。新能源汽車也極大的帶動(dòng)了鋰電池包銷量提升。
鋰電池包發(fā)展趨勢：
▲三重途徑全面降成本：
改進(jìn)工藝，降低材料成本
擴(kuò)大規(guī)模效應(yīng)與提升良率，降低生產(chǎn)成本
其他：梯次利用與模塊化設(shè)計(jì)降低生命周期成本
▲雙重途徑提升比能量：
物理方法：采用大容量電芯&提升PACK成組效率
化學(xué)方法：應(yīng)用高鎳正極材料與硅碳負(fù)極
目前鋰電池基本體系已經(jīng)較為成熟，幾大主流方向三元路線、磷酸鐵鋰、錳酸鋰與鈦酸鋰已經(jīng)確定。磷酸鐵鋰由于安全性優(yōu)勢，近幾年被廣泛應(yīng)用于客車領(lǐng)域，劣勢則是其改進(jìn)空間不大，比能量較低。存能電氣鋰電池包相對(duì)于國內(nèi)廠商而言在電池的一致性、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)保性、循環(huán)壽命等方面都有比較大的優(yōu)勢，對(duì)下游廠家的吸引力也很大。
梯次利用、模塊化設(shè)計(jì)與縱向一體化
現(xiàn)有的動(dòng)力鋰電池包行業(yè)的商業(yè)模式依然有很多值得優(yōu)化之處，比如在即將到來的退役電池潮中，退役電池合理的梯次利用將大大增強(qiáng)電池的經(jīng)濟(jì)效益，又比如各大車企力推的模塊化設(shè)計(jì)將是電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)的前提，再如企業(yè)通過打通上下游形成類似于比亞迪的商業(yè)閉環(huán)，這些舉措均能實(shí)現(xiàn)電池成本的進(jìn)一步下降。
美國每日科學(xué)網(wǎng)站6月19日?qǐng)?bào)道，從單次充電就能行駛數(shù)百英里的電動(dòng)汽車，到與汽油鋸一樣威力巨大的鏈鋸，每年都有利用電池技術(shù)最新進(jìn)步的新產(chǎn)品進(jìn)入市場。
但這種增長勢頭導(dǎo)致人們擔(dān)心，世界上的鋰供應(yīng)可能最終會(huì)耗盡。鋰這種金屬是許多新型充電電池的核心材料。
報(bào)道稱，現(xiàn)在，佐治亞理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了表明以鈉和鉀為基礎(chǔ)的電池有望成為鋰電池之潛在替代品的新證據(jù)。
喬治˙W˙伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院以及材料科學(xué)和工程學(xué)院的助理教授馬修˙麥克道爾說：“鈉離子和鉀離子電池的最大障礙之一是，與其他電池相比，它們的衰減和老化速度往往較快，而儲(chǔ)存的能量較少。但我們發(fā)現(xiàn)，情況并非始終如此。”
報(bào)道稱，研究團(tuán)隊(duì)研究了三種不同的離子——鋰、鈉和鉀——是如何與硫化鐵顆粒發(fā)生反應(yīng)的。這項(xiàng)研究得到美國國家科學(xué)基金會(huì)和能源部資助，相關(guān)論文于6月19日發(fā)表在《焦耳》雜志上。
在電池充電和放電時(shí)，離子會(huì)不斷與構(gòu)成電池電極的顆粒發(fā)生反應(yīng)，并穿透這些顆粒。這一反應(yīng)過程會(huì)導(dǎo)致電極顆粒發(fā)生大量變化，通常會(huì)將它們粉碎成細(xì)微顆粒。由于鈉離子和鉀離子大于鋰離子，所以傳統(tǒng)上人們認(rèn)為，它們?cè)谂c顆粒發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的老化。
報(bào)道稱，在實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)陔娮语@微鏡下直接觀察電池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)，其中硫化鐵顆粒發(fā)揮電池電極的作用。研究人員發(fā)現(xiàn)，與鈉離子和鉀離子發(fā)生反應(yīng)的硫化鐵比與鋰離子發(fā)生反應(yīng)的硫化鐵更為穩(wěn)定，表明以鈉或鉀為基礎(chǔ)的電池壽命可能比預(yù)期的要長得多。
與不同離子發(fā)生反應(yīng)的方式之間的差異顯而易見。在與鋰接觸時(shí)，硫化鐵在電子顯微鏡下看上去幾乎要爆炸一樣。與之相反，在與鈉和鉀接觸時(shí)，硫化鐵像氣球一樣慢慢膨脹。
佐治亞理工學(xué)院的研究生馬修˙伯賓格說：“我們看到了一種非常穩(wěn)定、沒有發(fā)生斷裂的反應(yīng)。這表明，這種材料和其他類似材料能被用于制造經(jīng)久耐用、具有更大穩(wěn)定性的新型電池。”
鋰電池包首先切入手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本等消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場，用了幾年時(shí)間迅速一統(tǒng)天下，而鎳鎘電池、鎳氫電池則快速退出這個(gè)市場。新能源汽車也極大的帶動(dòng)了鋰電池包銷量提升。
鋰電池包發(fā)展趨勢：
▲三重途徑全面降成本：
改進(jìn)工藝，降低材料成本
擴(kuò)大規(guī)模效應(yīng)與提升良率，降低生產(chǎn)成本
其他：梯次利用與模塊化設(shè)計(jì)降低生命周期成本
▲雙重途徑提升比能量：
物理方法：采用大容量電芯&提升PACK成組效率
化學(xué)方法：應(yīng)用高鎳正極材料與硅碳負(fù)極
目前鋰電池基本體系已經(jīng)較為成熟，幾大主流方向三元路線、磷酸鐵鋰、錳酸鋰與鈦酸鋰已經(jīng)確定。磷酸鐵鋰由于安全性優(yōu)勢，近幾年被廣泛應(yīng)用于客車領(lǐng)域，劣勢則是其改進(jìn)空間不大，比能量較低。存能電氣鋰電池包相對(duì)于國內(nèi)廠商而言在電池的一致性、穩(wěn)定性、安全性、環(huán)保性、循環(huán)壽命等方面都有比較大的優(yōu)勢，對(duì)下游廠家的吸引力也很大。
梯次利用、模塊化設(shè)計(jì)與縱向一體化
現(xiàn)有的動(dòng)力鋰電池包行業(yè)的商業(yè)模式依然有很多值得優(yōu)化之處，比如在即將到來的退役電池潮中，退役電池合理的梯次利用將大大增強(qiáng)電池的經(jīng)濟(jì)效益，又比如各大車企力推的模塊化設(shè)計(jì)將是電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)的前提，再如企業(yè)通過打通上下游形成類似于比亞迪的商業(yè)閉環(huán)，這些舉措均能實(shí)現(xiàn)電池成本的進(jìn)一步下降。
美國每日科學(xué)網(wǎng)站6月19日?qǐng)?bào)道，從單次充電就能行駛數(shù)百英里的電動(dòng)汽車，到與汽油鋸一樣威力巨大的鏈鋸，每年都有利用電池技術(shù)最新進(jìn)步的新產(chǎn)品進(jìn)入市場。
報(bào)道稱，現(xiàn)在，佐治亞理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了表明以鈉和鉀為基礎(chǔ)的電池有望成為鋰電池之潛在替代品的新證據(jù)。
喬治˙W˙伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院以及材料科學(xué)和工程學(xué)院的助理教授馬修˙麥克道爾說：“鈉離子和鉀離子電池的最大障礙之一是，與其他電池相比，它們的衰減和老化速度往往較快，而儲(chǔ)存的能量較少。但我們發(fā)現(xiàn)，情況并非始終如此。”
報(bào)道稱，研究團(tuán)隊(duì)研究了三種不同的離子——鋰、鈉和鉀——是如何與硫化鐵顆粒發(fā)生反應(yīng)的。這項(xiàng)研究得到美國國家科學(xué)基金會(huì)和能源部資助，相關(guān)論文于6月19日發(fā)表在《焦耳》雜志上。
在電池充電和放電時(shí)，離子會(huì)不斷與構(gòu)成電池電極的顆粒發(fā)生反應(yīng)，并穿透這些顆粒。這一反應(yīng)過程會(huì)導(dǎo)致電極顆粒發(fā)生大量變化，通常會(huì)將它們粉碎成細(xì)微顆粒。由于鈉離子和鉀離子大于鋰離子，所以傳統(tǒng)上人們認(rèn)為，它們?cè)谂c顆粒發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的老化。
報(bào)道稱，在實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)陔娮语@微鏡下直接觀察電池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)，其中硫化鐵顆粒發(fā)揮電池電極的作用。研究人員發(fā)現(xiàn)，與鈉離子和鉀離子發(fā)生反應(yīng)的硫化鐵比與鋰離子發(fā)生反應(yīng)的硫化鐵更為穩(wěn)定，表明以鈉或鉀為基礎(chǔ)的電池壽命可能比預(yù)期的要長得多。
與不同離子發(fā)生反應(yīng)的方式之間的差異顯而易見。在與鋰接觸時(shí)，硫化鐵在電子顯微鏡下看上去幾乎要爆炸一樣。與之相反，在與鈉和鉀接觸時(shí)，硫化鐵像氣球一樣慢慢膨脹。
佐治亞理工學(xué)院的研究生馬修˙伯賓格說：“我們看到了一種非常穩(wěn)定、沒有發(fā)生斷裂的反應(yīng)。這表明，這種材料和其他類似材料能被用于制造經(jīng)久耐用、具有更大穩(wěn)定性的新型電池。”
一、鋰電池儲(chǔ)能市場需求有多大?
中國儲(chǔ)能市場巨大，中國能源研究會(huì)發(fā)布的《中國能源展望2030》數(shù)據(jù)顯示：
新能源裝機(jī)規(guī)模將貢獻(xiàn)90%的能源消費(fèi)增量，配套儲(chǔ)能裝置的功率按照風(fēng)電與光伏裝機(jī)容量的15%計(jì)算，到2030年，儲(chǔ)能鋰電池需求有望達(dá)到8.5億kWh，以單位千瓦時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)(鋰電池)1200元的價(jià)格計(jì)算，中國風(fēng)光儲(chǔ)能市場空間有望達(dá)到1萬億元。未來五年，儲(chǔ)能電池累計(jì)需求為68.05GWH。
全球鋰電儲(chǔ)能行業(yè)依然保持較快的發(fā)展速度，2017年，全球新增儲(chǔ)能項(xiàng)目(含運(yùn)行、在建、規(guī)劃中項(xiàng)目)156個(gè)，裝機(jī)規(guī)模較上年同比增長78%。儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展離不開政策的推動(dòng)，尤其是補(bǔ)貼的實(shí)施是刺激行業(yè)發(fā)展的重要能量。在歐美等國，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被列入國家戰(zhàn)略高度，這些國家正在通過有力的產(chǎn)業(yè)政策和持續(xù)投入，不斷推動(dòng)著儲(chǔ)能行業(yè)的創(chuàng)新和研發(fā)，中國鋰電池儲(chǔ)能市場有望迎來快速發(fā)展階段。
二、鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)不斷成熟
鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)正向大規(guī)模、高效率、長壽命、低成本、無污染的方向發(fā)展。到目前為止，針對(duì)不同的領(lǐng)域、不同的需求，人們已提出和開發(fā)了多種儲(chǔ)能技術(shù)來滿足應(yīng)用。鋰離子電池儲(chǔ)能是目前最可行的技術(shù)路線。
磷酸鐵鋰電池包能量密度相對(duì)較高、續(xù)航能力強(qiáng)，并且隨著磷酸鐵鋰正極材料的應(yīng)用，傳統(tǒng)的碳負(fù)極鋰離子動(dòng)力電池的壽命和安全性得到較大提高，首選應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。
由于鋰電池新材料研發(fā)、制作技術(shù)不斷地成熟與創(chuàng)新，以及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、行業(yè)的積極參與，在低成本下，鋰離子電池具備比能量高、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢，現(xiàn)已成為各類先進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)品的主要配套電源。
三、鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用
目前儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要存在以下四個(gè)方面：
一是電源側(cè)，它主要的作用是平抑新能源發(fā)電的功率波動(dòng)，提升新能源電力的品質(zhì)，減少棄光和棄風(fēng)，提高新能源發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益。
第二是電網(wǎng)側(cè)，參與電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)壓或調(diào)峰，作為黑啟動(dòng)電源，它的調(diào)節(jié)快速、靈活。
第三是負(fù)荷側(cè)，現(xiàn)在的峰谷套利也是一個(gè)主推的產(chǎn)品，削峰填谷、平移負(fù)荷，提高設(shè)備利用率，減少對(duì)供電容量需求，延緩配電網(wǎng)投資。
第四是微網(wǎng)，微電網(wǎng)的運(yùn)行雙向調(diào)控，以及微電網(wǎng)孤島運(yùn)行中不可或缺的補(bǔ)償部分就是儲(chǔ)能系統(tǒng)。
目前的應(yīng)用領(lǐng)域看來，鋰電池儲(chǔ)能的三大領(lǐng)域有：大型風(fēng)光儲(chǔ)能、通信基站的后備電源、家庭儲(chǔ)能。其中通信基站的后備電源領(lǐng)域目前占比重較大，家庭儲(chǔ)能借著特斯拉掀起的“能源家庭”浪潮，有較大的進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)容的空間，大型風(fēng)光儲(chǔ)能短期看來勢頭不大。
四、如何選購鋰電池儲(chǔ)能電源?
一、看鋰電池儲(chǔ)能電源的外觀，做工，大小和工藝?？赐庥^做工從哪幾方面看呢?我們可以看外殼接縫的地方，看接縫線寬不寬，是否有毛刺，還有有沒有油漬，摸起來手感好不好，先進(jìn)的工藝都是手感很舒服的，經(jīng)過打磨，橡膠油拋光材料既手感好，同時(shí)絕緣性能也很強(qiáng)。
二、選廠家，選品牌。國內(nèi)鋰電池儲(chǔ)能電源品牌很多，質(zhì)量卻很難從外觀看出。在這種情況下，大家在選擇之前就要多做點(diǎn)功課，多去網(wǎng)上查詢一下廠商資料。存能電氣是鋰電池UPS制造商，以鋰電池為儲(chǔ)能電源，值得信賴。
三、看產(chǎn)品參數(shù)。鋰電池儲(chǔ)能電源最重要的參數(shù)就是里面的電池，最好選擇以磷酸鐵鋰電池的電源。
中國儲(chǔ)能市場巨大，中國能源研究會(huì)發(fā)布的《中國能源展望2030》數(shù)據(jù)顯示：
新能源裝機(jī)規(guī)模將貢獻(xiàn)90%的能源消費(fèi)增量，配套儲(chǔ)能裝置的功率按照風(fēng)電與光伏裝機(jī)容量的15%計(jì)算，到2030年，儲(chǔ)能鋰電池需求有望達(dá)到8.5億kWh，以單位千瓦時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)(鋰電池)1200元的價(jià)格計(jì)算，中國風(fēng)光儲(chǔ)能市場空間有望達(dá)到1萬億元。未來五年，儲(chǔ)能電池累計(jì)需求為68.05GWH。
全球鋰電儲(chǔ)能行業(yè)依然保持較快的發(fā)展速度，2017年，全球新增儲(chǔ)能項(xiàng)目(含運(yùn)行、在建、規(guī)劃中項(xiàng)目)156個(gè)，裝機(jī)規(guī)模較上年同比增長78%。儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展離不開政策的推動(dòng)，尤其是補(bǔ)貼的實(shí)施是刺激行業(yè)發(fā)展的重要能量。在歐美等國，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被列入國家戰(zhàn)略高度，這些國家正在通過有力的產(chǎn)業(yè)政策和持續(xù)投入，不斷推動(dòng)著儲(chǔ)能行業(yè)的創(chuàng)新和研發(fā)，中國鋰電池儲(chǔ)能市場有望迎來快速發(fā)展階段。
二、鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)不斷成熟
鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)正向大規(guī)模、高效率、長壽命、低成本、無污染的方向發(fā)展。到目前為止，針對(duì)不同的領(lǐng)域、不同的需求，人們已提出和開發(fā)了多種儲(chǔ)能技術(shù)來滿足應(yīng)用。鋰離子電池儲(chǔ)能是目前最可行的技術(shù)路線。
磷酸鐵鋰電池包能量密度相對(duì)較高、續(xù)航能力強(qiáng)，并且隨著磷酸鐵鋰正極材料的應(yīng)用，傳統(tǒng)的碳負(fù)極鋰離子動(dòng)力電池的壽命和安全性得到較大提高，首選應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。
由于鋰電池新材料研發(fā)、制作技術(shù)不斷地成熟與創(chuàng)新，以及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、行業(yè)的積極參與，在低成本下，鋰離子電池具備比能量高、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢，現(xiàn)已成為各類先進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)品的主要配套電源。
三、鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用
目前儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要存在以下四個(gè)方面：
一是電源側(cè)，它主要的作用是平抑新能源發(fā)電的功率波動(dòng)，提升新能源電力的品質(zhì)，減少棄光和棄風(fēng)，提高新能源發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益。
第二是電網(wǎng)側(cè)，參與電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)壓或調(diào)峰，作為黑啟動(dòng)電源，它的調(diào)節(jié)快速、靈活。
第三是負(fù)荷側(cè)，現(xiàn)在的峰谷套利也是一個(gè)主推的產(chǎn)品，削峰填谷、平移負(fù)荷，提高設(shè)備利用率，減少對(duì)供電容量需求，延緩配電網(wǎng)投資。
第四是微網(wǎng)，微電網(wǎng)的運(yùn)行雙向調(diào)控，以及微電網(wǎng)孤島運(yùn)行中不可或缺的補(bǔ)償部分就是儲(chǔ)能系統(tǒng)。
目前的應(yīng)用領(lǐng)域看來，鋰電池儲(chǔ)能的三大領(lǐng)域有：大型風(fēng)光儲(chǔ)能、通信基站的后備電源、家庭儲(chǔ)能。其中通信基站的后備電源領(lǐng)域目前占比重較大，家庭儲(chǔ)能借著特斯拉掀起的“能源家庭”浪潮，有較大的進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)容的空間，大型風(fēng)光儲(chǔ)能短期看來勢頭不大。
四、如何選購鋰電池儲(chǔ)能電源?
一、看鋰電池儲(chǔ)能電源的外觀，做工，大小和工藝?？赐庥^做工從哪幾方面看呢?我們可以看外殼接縫的地方，看接縫線寬不寬，是否有毛刺，還有有沒有油漬，摸起來手感好不好，先進(jìn)的工藝都是手感很舒服的，經(jīng)過打磨，橡膠油拋光材料既手感好，同時(shí)絕緣性能也很強(qiáng)。
二、選廠家，選品牌。國內(nèi)鋰電池儲(chǔ)能電源品牌很多，質(zhì)量卻很難從外觀看出。在這種情況下，大家在選擇之前就要多做點(diǎn)功課，多去網(wǎng)上查詢一下廠商資料。存能電氣是鋰電池UPS制造商，以鋰電池為儲(chǔ)能電源，值得信賴。
三、看產(chǎn)品參數(shù)。鋰電池儲(chǔ)能電源最重要的參數(shù)就是里面的電池，最好選擇以磷酸鐵鋰電池的電源。
