2.3　锂电池未来发展方向与路线图

2.3.1　储能用锂电池发展现状与未来前景

电化学储能具有功率和能量可以根据不同应用需求灵活配置、响应速度快、不受地理资源等外部条件的限制等优势,适合批量化生产和大规模应用,在电力储能方面具有广阔的发展前景。锂离子电池具有较高的比能量/比功率、充放电效率和输出电压,较长的单体电池使用寿命,自放电小、无记忆效应等优点,是一种理想的储能技术。

目前世界范围内,采用锂离子电池技术作为电化学储能方式的国家非常多,其应用方式和路线根据各自国家具体国情和需求也各不相同。在美国等发达国家采用不同规模的锂离子电池储能系统,用于削峰填谷、提高电网可靠性和实现微网可再生发电等方面。在智利和韩国等国家也采用锂离子电池储能技术进行电网调频和改善电能质量等。我国作为锂离子电池生产大国,自2010年起已经在福建安溪、宁德,河南郑州,广东东莞和江苏常州等地建立起锂离子电池储能系统,成功应用于削峰填谷、提高电网接纳新能源能力等。目前多家锂离子电池企业已经掌握了规模储能锂离子电池系统技术,其中BYD、CATL、中航锂电、银隆等企业参与了40MW·h磷酸铁锂系统和钛酸锂系统的锂离子储能电站示范项目,在张北国家“风光储输示范工程一期项目”中获得了初步应用。863项目还实施了软碳负极、锰酸锂正极的储能性锂离子电池的开发,这是国际上首次采用此材料体系,循环性能达到7000次,进一步降低了锂离子电池成本,同时促进了软碳和锰酸锂的产业化。还实施了500kW/328(kW·h)级微晶掺杂尖晶石锰酸锂锂离子正极储能电池示范、0.6MW·h风光储互补微网系统的示范、100kW基于碳酸锂负极材料的移动式示范,以及0.5MW·h/1MW碳酸锂电池储能电站的光储应用示范。在未来锂离子电池的发展中,发展适合于储能的锂电池将主要从以下几方面努力。

(1)长寿命。对于储能需求而言,目前锂离子电池尽管在综合方面尤其是循环寿命方面具有明显优势,但仍然无法满足电化学储能的终极需求,如何开发出循环寿命大于万次的锂电池将是未来储能用锂离子电池的一个重要研究方向。

(2)低成本。相比较动力电池或是消费类电子产品用锂电池,储能用锂电池对价格更为敏感,尽管近些年锂离子电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),但对于储能市场需求而言仍然远远不够,如何在综合经济成本上达到预期将直接决定锂离子电池在储能方面的市场和规模。

(3)与此同时,在开发新体系的同时也需要进一步提高电池的安全性,从最初的消费类电子产品(W·h)到目前的纯动车(kW·h),再到智能电网和可再生能源利用中的大规模储能(MW·h)。这也使得电池一旦发生安全问题其破坏力将数量级的放大。其中还包括电池一旦起火爆炸,其燃烧产物会释放大量有毒有害成分,从而在电池起火爆炸后,对人和环境造成巨大二次破坏。因此,为了能更好适应客观需求,如何开发出高安全性的锂离子电池已逐渐成为各国政府在储能技术方面的重点支持方向,目前也是全世界锂电池研究的热点和前沿领域。