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如何解决储能应用中锂电池安全问题

来源:王泽龙 182 1045 0914时间:2022-10-28 08:55:33
       

   如何解决储能应用中锂电池安全问题

 
  4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月24日下午的“综合能源服务专场”,理士国际技术有限公司锂电池研发部总经理潘险锋在会上分享了主题报告《储能应用中锂离子电池安全问题的讨论》,以下为演讲实录:
 
  潘险峰:各位领导,各位专家,非常荣幸有这个机会受储能大会的邀请代表理士国际来同大家交流一些事情。同时也向大家汇报一些我们理士在储能应用方面的构想、未来的发展策略。今天这一下午听了很多有关综合能源服务的能源互联网这方面的演讲。现在我就从另一个角度,来说一下,综合能源互联网应用中的主要及最重要的构件,锂离子电池以及锂离子电池如何选用来确保能源互联网安全正常的运行。我觉得,大家在能源互联网的应用中不要忽视安全问题。安全是最要的事情。安全是1,其他都是0。如果没有安全的1,这一串阿拉伯数字都是0,那么我们做的事情就没有任何意义。
 
  今天我的演讲主要从以下几个方面向大家汇报一下:储能应用的现状、理士国际在储能应用的探索以及对锂离子电池在储能应用中安全问题的一些思考和探讨。最后介绍一下理士国际。
 
  随着全球的能源枯竭以及环境问题越来越严重,全世界各地的政府及研究机关都把很大的精力投入到储能这方面应用上面来。比如在美国、在澳洲及在欧洲一些国家政府都在大力推广储能业务的开展。储能在中国的发展状态基本上是2000-2010年在技术验证。2011-2015年是示范应用阶段。2016-2020年,我们预测,储能市场的发展会逐步从示范应用过渡到商业化的初期。我刚才说了,储能业务的方兴未艾,吸引了大量的不同的参与者。目标主要集中在电池技术和集成商业模式方面的应用。
 
  ??下面我就再介绍一下理士电池在储能应用方面的探索。首先是通信后备基站的应用,我们在不同的情况下,比如说市电不稳、市电差、无市电的情况进行不同的方案的设计。采用了不同的后备电源,比如说4850、48100后备电源等。在大型储能系统的应用我们也做了一些工作。我们选用了不同的构件,如储能电池、逆变器、EMS,来实现大型储能的应用。我们在青海一些地区开展了光伏储能项目。我们也进行了工业削峰填谷的储能应用。当然我们还做了一些大型储能项目。目前为止,这些应用中储能电池有一些用的是铅酸电池,有一些是用的锂离子电池。我们认为,为了顺应技术发展的大趋势,顺应市场发展的大趋势,顺应社会发展变化的大趋势,我们今后对锂离子电池在储能方面的应用要加大各方面的力度,积极推进这方面的工作。
 
  前面我所讲的不是我今天演讲的重点,我重点要跟大家讨论的是储能应用中锂离子电池应用和安全问题。当然这些问题有的争论性很大,有的问题很尖锐。但是我希望我今天说出一些观点,说出我们的想法,能起到抛砖引玉的作用。使大家对储能应用的安全问题更加重视。这个图大概是一个锂离子电池在所有领域方面的应用。其实按照能源互联网来划分,这都是储能应用,各种电动汽车电池、通讯基站的后备电源,再生能源电网储能,大的方面都叫储能。但是今天我为了更好地说明问题,我把这些应用分得更细一些。一个是动力锂离子电池的应用,包括低速车、物流车、乘用车及电动大巴的应用,另外一个方面就是下面我们重点讨论的储能应用。在储能方面的应用中,我的第一个问题,电池的选择是磷酸铁锂还是三元?国内目前是不允许三元材料用在储能中的。那么的三元材料能不能用在这一块领域当中呢?
 
  下面主要进行一下磷酸铁锂材料和三元材料主要性能的比较。大家知道,用在储能方面的电池要求长寿命、高安全性以及低成本。磷酸铁锂能量密度虽然比较低。但是它的高温性能好,最重要的是热稳定性好也就是安全性能好,寿命比较长,而且目前相对来说它的成本比三元低。从三元材料来讲,它的克容量高,放电平台高,也就是说能量密度高。它的低温性能较好,高温性能一般,热稳定性一般,安全性能也一般。从整体来看,从储能要求的高安全性、长寿命,成本低来看,磷酸铁锂确实是储能方面最佳的材料选择。但是,我觉得三元的高能量密度,比较好的低温性能,我觉得三元材料在未来也不一定非得排除在中国的储能领域方面的应用。随着三元材料一些性能指标逐渐提高并赶上磷酸铁锂。三元材料在不久的将来可能会出现在中国的储能市场。这个问题,希望大家回去可以思考思考。我只是说说我个人的观点。
 
  在储能方面的应用中,我的另一个问题是哪一种电池更适合储能。目前主要有这么几种电池,方型铝壳、方型塑壳、软包、圆柱形如18650。我们知道储能需要高安全性能、高循环寿命、较低的成本。从这几个电池的整体性能比较来看,方型铝壳、方型塑壳及圆柱形电池都是富液电池,软包是贫液电池。我觉得方型铝壳电池尤其它的长寿命是最合适作为储能电池的。虽然软包的性能也非常好,但我觉得在储能这一块小范围来讲,他并不是用在储能上好的选择。从是否适合储能方面应用来讲我觉得方型铝壳、方型塑壳、圆柱和软包的是概率是越来越小的。但是从另一个角度来讲,作为动力汽车方面,软包装是最适合的。因为它的柔性特别好,无论是倒着放、正着放还是平着放,对它的性能都不会有很大的影响。但是富液电池不是这么一回事。它的应用是有方向性的,立着放、平着放性能发挥是完全不一样的。这个选择的应用次序,只是我的个人观点。
 
  最后一个问题,这个问题是最尖锐最难确定的一个问题,就是电池的梯度使用问题。其实,很多国家为了更好使用能源,为了更好利用锂离子电池资源,多年前很多公司或者国家政府都提倡梯次电池的使用。也就是从电动汽车到大型储能到通信后备电源。目前这种趋势越来越强了。先是动力汽车的使用,然后是大型储能再到通信基站储能。实际来讲,这三种应用对电池性能要求是越来越低的。但是我们认为,电池的应用中循环寿命的设定,一个依据是低于循环寿命以后,电池的性能可能不能满足客户应用的需求。另外一个更重要的原因是在电池达到循环寿命后,电池已经处于很差的状态。在性能的衰减上已经出现拐点。也就是说,很多人认为电池的循环寿命是四千次,梯次运用时至少可以达到三千次,但情况并不是这样。它的性能可能会是数量级的往下走的。它的性能降低了,安全性能必然会降低。前面讲的是电芯。从电池包来讲,有两种情况,一是,电池包性能达到寿命是由于某只电芯出现问题,也就是说的木桶效应。这种情况下,多数电芯还是好的。这样的电芯通过重新分选配组后在进行梯次使用还是可行的。但当电池包的失效是由于整体电芯出现问题,大多数已达到循环寿命。那么梯次使用就会出现问题。
 
  ??下面我就再介绍一下理士电池在储能应用方面的探索。首先是通信后备基站的应用,我们在不同的情况下,比如说市电不稳、市电差、无市电的情况进行不同的方案的设计。采用了不同的后备电源,比如说4850、48100后备电源等。在大型储能系统的应用我们也做了一些工作。我们选用了不同的构件,如储能电池、逆变器、EMS,来实现大型储能的应用。我们在青海一些地区开展了光伏储能项目。我们也进行了工业削峰填谷的储能应用。当然我们还做了一些大型储能项目。目前为止,这些应用中储能电池有一些用的是铅酸电池,有一些是用的锂离子电池。我们认为,为了顺应技术发展的大趋势,顺应市场发展的大趋势,顺应社会发展变化的大趋势,我们今后对锂离子电池在储能方面的应用要加大各方面的力度,积极推进这方面的工作。
 
  前面我所讲的不是我今天演讲的重点,我重点要跟大家讨论的是储能应用中锂离子电池应用和安全问题。当然这些问题有的争论性很大,有的问题很尖锐。但是我希望我今天说出一些观点,说出我们的想法,能起到抛砖引玉的作用。使大家对储能应用的安全问题更加重视。这个图大概是一个锂离子电池在所有领域方面的应用。其实按照能源互联网来划分,这都是储能应用,各种电动汽车电池、通讯基站的后备电源,再生能源电网储能,大的方面都叫储能。但是今天我为了更好地说明问题,我把这些应用分得更细一些。一个是动力锂离子电池的应用,包括低速车、物流车、乘用车及电动大巴的应用,另外一个方面就是下面我们重点讨论的储能应用。在储能方面的应用中,我的第一个问题,电池的选择是磷酸铁锂还是三元?国内目前是不允许三元材料用在储能中的。那么的三元材料能不能用在这一块领域当中呢?
 
  下面主要进行一下磷酸铁锂材料和三元材料主要性能的比较。大家知道,用在储能方面的电池要求长寿命、高安全性以及低成本。磷酸铁锂能量密度虽然比较低。但是它的高温性能好,最重要的是热稳定性好也就是安全性能好,寿命比较长,而且目前相对来说它的成本比三元低。从三元材料来讲,它的克容量高,放电平台高,也就是说能量密度高。它的低温性能较好,高温性能一般,热稳定性一般,安全性能也一般。从整体来看,从储能要求的高安全性、长寿命,成本低来看,磷酸铁锂确实是储能方面最佳的材料选择。但是,我觉得三元的高能量密度,比较好的低温性能,我觉得三元材料在未来也不一定非得排除在中国的储能领域方面的应用。随着三元材料一些性能指标逐渐提高并赶上磷酸铁锂。三元材料在不久的将来可能会出现在中国的储能市场。这个问题,希望大家回去可以思考思考。我只是说说我个人的观点。
 
  在储能方面的应用中,我的另一个问题是哪一种电池更适合储能。目前主要有这么几种电池,方型铝壳、方型塑壳、软包、圆柱形如18650。我们知道储能需要高安全性能、高循环寿命、较低的成本。从这几个电池的整体性能比较来看,方型铝壳、方型塑壳及圆柱形电池都是富液电池,软包是贫液电池。我觉得方型铝壳电池尤其它的长寿命是最合适作为储能电池的。虽然软包的性能也非常好,但我觉得在储能这一块小范围来讲,他并不是用在储能上好的选择。从是否适合储能方面应用来讲我觉得方型铝壳、方型塑壳、圆柱和软包的是概率是越来越小的。但是从另一个角度来讲,作为动力汽车方面,软包装是最适合的。因为它的柔性特别好,无论是倒着放、正着放还是平着放,对它的性能都不会有很大的影响。但是富液电池不是这么一回事。它的应用是有方向性的,立着放、平着放性能发挥是完全不一样的。这个选择的应用次序,只是我的个人观点。
 
  最后一个问题,这个问题是最尖锐最难确定的一个问题,就是电池的梯度使用问题。其实,很多国家为了更好使用能源,为了更好利用锂离子电池资源,多年前很多公司或者国家政府都提倡梯次电池的使用。也就是从电动汽车到大型储能到通信后备电源。目前这种趋势越来越强了。先是动力汽车的使用,然后是大型储能再到通信基站储能。实际来讲,这三种应用对电池性能要求是越来越低的。但是我们认为,电池的应用中循环寿命的设定,一个依据是低于循环寿命以后,电池的性能可能不能满足客户应用的需求。另外一个更重要的原因是在电池达到循环寿命后,电池已经处于很差的状态。在性能的衰减上已经出现拐点。也就是说,很多人认为电池的循环寿命是四千次,梯次运用时至少可以达到三千次,但情况并不是这样。它的性能可能会是数量级的往下走的。它的性能降低了,安全性能必然会降低。前面讲的是电芯。从电池包来讲,有两种情况,一是,电池包性能达到寿命是由于某只电芯出现问题,也就是说的木桶效应。这种情况下,多数电芯还是好的。这样的电芯通过重新分选配组后在进行梯次使用还是可行的。但当电池包的失效是由于整体电芯出现问题,大多数已达到循环寿命。那么梯次使用就会出现问题。

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