2.3　鋰電池未來發展方向與路線圖

2.3.1　儲能用鋰電池發展現狀與未來前景

電化學儲能具有功率和能量可以根據不同應用需求靈活配置、響應速度快、不受地理資源等外部條件的限制等優勢,適合批量化生產和大規模應用,在電力儲能方面具有廣闊的發展前景。鋰離子電池具有較高的比能量/比功率、充放電效率和輸出電壓,較長的單體電池使用壽命,自放電小、無記憶效應等優點,是一種理想的儲能技術。

目前世界范圍內,采用鋰離子電池技術作為電化學儲能方式的國家非常多,其應用方式和路線根據各自國家具體國情和需求也各不相同。在美國等發達國家采用不同規模的鋰離子電池儲能系統,用于削峰填谷、提高電網可靠性和實現微網可再生發電等方面。在智利和韓國等國家也采用鋰離子電池儲能技術進行電網調頻和改善電能質量等。我國作為鋰離子電池生產大國,自2010年起已經在福建安溪、寧德,河南鄭州,廣東東莞和江蘇常州等地建立起鋰離子電池儲能系統,成功應用于削峰填谷、提高電網接納新能源能力等。目前多家鋰離子電池企業已經掌握了規模儲能鋰離子電池系統技術,其中BYD、CATL、中航鋰電、銀隆等企業參與了40MW·h磷酸鐵鋰系統和鈦酸鋰系統的鋰離子儲能電站示范項目,在張北國家“風光儲輸示范工程一期項目”中獲得了初步應用。863項目還實施了軟碳負極、錳酸鋰正極的儲能性鋰離子電池的開發,這是國際上首次采用此材料體系,循環性能達到7000次,進一步降低了鋰離子電池成本,同時促進了軟碳和錳酸鋰的產業化。還實施了500kW/328(kW·h)級微晶摻雜尖晶石錳酸鋰鋰離子正極儲能電池示范、0.6MW·h風光儲互補微網系統的示范、100kW基于碳酸鋰負極材料的移動式示范,以及0.5MW·h/1MW碳酸鋰電池儲能電站的光儲應用示范。在未來鋰離子電池的發展中,發展適合于儲能的鋰電池將主要從以下幾方面努力。

(1)長壽命。對于儲能需求而言,目前鋰離子電池盡管在綜合方面尤其是循環壽命方面具有明顯優勢,但仍然無法滿足電化學儲能的終極需求,如何開發出循環壽命大于萬次的鋰電池將是未來儲能用鋰離子電池的一個重要研究方向。

(2)低成本。相比較動力電池或是消費類電子產品用鋰電池,儲能用鋰電池對價格更為敏感,盡管近些年鋰離子電池的成本以每年大于10%的幅度下降,目前有望降到低于1元/(W·h),但對于儲能市場需求而言仍然遠遠不夠,如何在綜合經濟成本上達到預期將直接決定鋰離子電池在儲能方面的市場和規模。

(3)與此同時,在開發新體系的同時也需要進一步提高電池的安全性,從最初的消費類電子產品(W·h)到目前的純動車(kW·h),再到智能電網和可再生能源利用中的大規模儲能(MW·h)。這也使得電池一旦發生安全問題其破壞力將數量級的放大。其中還包括電池一旦起火爆炸,其燃燒產物會釋放大量有毒有害成分,從而在電池起火爆炸后,對人和環境造成巨大二次破壞。因此,為了能更好適應客觀需求,如何開發出高安全性的鋰離子電池已逐漸成為各國政府在儲能技術方面的重點支持方向,目前也是全世界鋰電池研究的熱點和前沿領域。