目前，儲(chǔ)能項(xiàng)目特別是儲(chǔ)能電池項(xiàng)目在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、微電網(wǎng)、通信儲(chǔ)能、應(yīng)急電源等領(lǐng)域發(fā)展迅速。

 

儲(chǔ)能技術(shù)包括四種主要類型：

● 物理儲(chǔ)能：

抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、海水儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能；

● 化學(xué)儲(chǔ)能：

氫氣和碳儲(chǔ)存；

● 電化學(xué)儲(chǔ)能：

電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能；

● 儲(chǔ)熱和冷藏

在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，電池儲(chǔ)能是發(fā)展最快、最受關(guān)注的儲(chǔ)能技術(shù)方向。本文主要介紹儲(chǔ)能電池的種類及相關(guān)技術(shù)分析。

 

什么是儲(chǔ)能電池

電池是用來(lái)儲(chǔ)存電力的。就應(yīng)用而言，它們是儲(chǔ)能電池。因此，所有的鋰電池都是儲(chǔ)能電池。然而，為了區(qū)分應(yīng)用，我們可以將電池分為：

● 消費(fèi)類電池

● 動(dòng)力電池

● 儲(chǔ)能電池

消費(fèi)應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)品中，而包括動(dòng)力輪電池在內(nèi)的動(dòng)力電池實(shí)際上是一種儲(chǔ)能電池，主要用于電動(dòng)汽車。

 

儲(chǔ)能電池的類型

表征儲(chǔ)能電池性能的特征參數(shù)有很多，其中最重要的是電池的功率特性和容量特性。因此，根據(jù)不同儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電池功率容量比的不同要求，儲(chǔ)能電池大致可分為三種：

● 容量類型（≤0.5C）

● 能量類型（≈1C）

● 電源類型（≥2C）

比例越高，電池的功率密度越高，但容量密度越低，單位容量的價(jià)格也越高。目前，在各類儲(chǔ)能電池中，液流電池和鋰漿電池是典型的大容量電池，鋰離子電池中的鈦酸鋰電池是一種典型的動(dòng)力電池。

其他類型的電池可以通過(guò)改變電池材料和工藝進(jìn)行一定程度的調(diào)整，以適應(yīng)不同的儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景。

 

 

動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池的比較

由于車輛體積和重量的限制以及起動(dòng)和加速的要求，動(dòng)力電池比普通儲(chǔ)能電池有更高的性能要求，例如：

● 高能量密度

● 電池充電速度快

● 大放電電流

然而，對(duì)普通儲(chǔ)能電池的要求并沒(méi)有那么高。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，容量低于80%的動(dòng)力電池不能再用于新能源汽車，但只要稍作修改，它們也可以用于儲(chǔ)能系統(tǒng)。

從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，動(dòng)力鋰電池主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車等電動(dòng)工具，儲(chǔ)能鋰電池主要用于調(diào)峰調(diào)頻電力輔助服務(wù)、可再生能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)等領(lǐng)域。

 

儲(chǔ)能電池技術(shù)分析

未來(lái)，用于功率調(diào)峰儲(chǔ)能的大容量電池和用于功率調(diào)頻儲(chǔ)能的大型功率電池仍需技術(shù)創(chuàng)新和突破。儲(chǔ)能電池的技術(shù)內(nèi)容主要包括六個(gè)方面：

● 材料技術(shù)

● 結(jié)構(gòu)技術(shù)

● 制造技術(shù)

● 應(yīng)用技術(shù)

● 維修技術(shù)

● 回收技術(shù)

 

材料技術(shù)

18650電池的核心材料包括陰極材料、陽(yáng)極材料和電解質(zhì)材料。輔助材料還包括分離器、收集器和電池外殼材料。

在過(guò)去的三十年里，鋰離子電池材料的研發(fā)主要集中在提高材料的能量密度、循環(huán)壽命和安全性能，以及開發(fā)低成本的材料制備技術(shù)；液流電池材料的研發(fā)主要集中在電解質(zhì)和隔膜材料的改性上。

盡管材料的進(jìn)步可以帶來(lái)電池性能的顯著提高，但能夠產(chǎn)生實(shí)際效果的材料創(chuàng)新過(guò)程實(shí)際上非常緩慢。因此，盡管電池材料至關(guān)重要，但它們并不是電池技術(shù)研究的全部。

 

 

結(jié)構(gòu)技術(shù)

并不是所有的電池都可以稱為儲(chǔ)能電池。系統(tǒng)功率在1KW以上的可以稱為儲(chǔ)能電池；系統(tǒng)功率≥1MW，用于儲(chǔ)能電站的電池稱為電能蓄電池。儲(chǔ)能電池的結(jié)構(gòu)技術(shù)包括電池單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)技術(shù)和外部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)。與小型消費(fèi)電子產(chǎn)品電池不同，儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，具有串并聯(lián)系統(tǒng)的要求，具有高功率、大容量的特點(diǎn)。

現(xiàn)有的儲(chǔ)能和動(dòng)力鋰電池是由手機(jī)電池等小型和微型鋰離子電池發(fā)展而來(lái)。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，所有類型的鋰電池都使用粘性薄膜電極結(jié)構(gòu)，這給儲(chǔ)能鋰電池性能一致性的設(shè)計(jì)帶來(lái)了根本性的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。此外，當(dāng)電池被報(bào)廢和回收時(shí)，只有接合電極可以被壓碎。內(nèi)部破碎的鋁箔、銅箔材料和Co、Li元素需要通過(guò)冶金回收，回收成本高，存在酸堿廢液污染處理的風(fēng)險(xiǎn)。

 

制造技術(shù)

儲(chǔ)能電池制造技術(shù)與電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的串并聯(lián)特性要求電池必須具有良好的一致性，因此生產(chǎn)過(guò)程的智能控制尤為重要。

如何利用低成本的設(shè)備和技術(shù)制造高性能儲(chǔ)能電池是一個(gè)矛盾，也是儲(chǔ)能電池制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題?，F(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)工藝是從過(guò)去的膠帶生產(chǎn)工藝過(guò)渡而來(lái)，以滿足電池薄膜涂層電極的精度要求。此外，電池產(chǎn)品型號(hào)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，導(dǎo)致電池生產(chǎn)過(guò)程中材料利用率低、產(chǎn)品合格率低、設(shè)備運(yùn)行率低、制造成本高。

 

 

應(yīng)用技術(shù)

儲(chǔ)能電池的應(yīng)用技術(shù)主要指：

● BMS

BMS（電池管理系統(tǒng)）是連接電池主體和應(yīng)用端的紐帶。主要對(duì)象是二次電池。目的是提高電池的利用率，防止電池過(guò)充電和過(guò)放電。

● PCS

PCS（電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量控制裝置）是與儲(chǔ)能電池組相匹配，連接在電池組和電網(wǎng)之間，并將電網(wǎng)能量存儲(chǔ)在電池組中或?qū)㈦姵亟M能量反饋給電網(wǎng)的系統(tǒng)。

● EMS

EMS（Energy Management System，能源管理系統(tǒng)）是現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的總稱，包括計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)和EMS支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)、發(fā)電自動(dòng)控制和規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析。目前，許多儲(chǔ)能示范項(xiàng)目由儲(chǔ)能電池公司和電網(wǎng)公司直接實(shí)施，缺乏責(zé)任認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，給后期系統(tǒng)運(yùn)維和可能的事故認(rèn)定帶來(lái)了困難。

 

維修技術(shù)

儲(chǔ)能電池的維修技術(shù)包括電氣維修技術(shù)和電池系統(tǒng)在線再生技術(shù)。在線再生技術(shù)是新型儲(chǔ)能鋰電池的一個(gè)新技術(shù)方向。蓄電池系統(tǒng)電氣維修技術(shù)包括：

● 環(huán)境腐蝕修復(fù)

● 電氣絕緣老化檢測(cè)

● 電氣連接檢測(cè)

● 溫度和壓力傳感維護(hù)

● 電池檢測(cè)技術(shù)

從理論上講，除了電池活性顆粒的晶格無(wú)序和集流體的腐蝕脫落外，儲(chǔ)能鋰電池的其他界面問(wèn)題可以通過(guò)在線再生來(lái)解決。電池使用一段時(shí)間后，可以通過(guò)原位修復(fù)正負(fù)電極材料表面的SEI膜、補(bǔ)充和更換電解液等方式來(lái)修復(fù)電池性能，從而延長(zhǎng)儲(chǔ)能鋰電池的實(shí)際日歷使用壽命。

 

 

回收技術(shù)

任何電池都有使用壽命。目前，我國(guó)消費(fèi)類小電池的使用總量為數(shù)億只，且大多體積較小，廢舊電池的利用價(jià)值較低。此外，它們?cè)谑褂弥蟹稚?，大部分被?dāng)作生活垃圾處理，存在潛在污染。廢棄的儲(chǔ)能電池不能像小型消費(fèi)電池那樣丟棄在環(huán)境中，必須回收利用。儲(chǔ)能電池的回收技術(shù)包括：

● 廢電池更換技術(shù)

● 安全運(yùn)輸技術(shù)

● 回收技術(shù)

● 資源復(fù)用技術(shù)

目前，鉛酸蓄電池的回收再生技術(shù)相對(duì)成熟，但在不規(guī)范的回收過(guò)程中存在污染風(fēng)險(xiǎn)。

鋰電池的回收工藝和技術(shù)尚不成熟，需要結(jié)合材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)技術(shù)，開發(fā)出便于回收再生的新能源蓄電池技術(shù)，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)。

 

總結(jié)

在儲(chǔ)能電池的六大技術(shù)中，電池材料是基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究電池新材料非常重要，而技術(shù)工程項(xiàng)目則應(yīng)重點(diǎn)突破其他非材料技術(shù)?；诂F(xiàn)有商業(yè)和示范儲(chǔ)能電站的經(jīng)驗(yàn)，圍繞低成本、長(zhǎng)壽命、高安全、易于回收的總體目標(biāo)，開發(fā)各種容量的峰谷儲(chǔ)能電池。

動(dòng)力型調(diào)頻儲(chǔ)能電池和能量型復(fù)合儲(chǔ)能電池與其他類型的儲(chǔ)能技術(shù)合作，支持儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展?！翱稍偕茉?儲(chǔ)能”是新能源發(fā)展的必然選擇，儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性決定了儲(chǔ)能電池技術(shù)的多元化發(fā)展方向。未來(lái)，用于功率調(diào)峰儲(chǔ)能的大容量電池和用于功率調(diào)頻儲(chǔ)能的大型功率電池仍需技術(shù)創(chuàng)新和突破。