中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨第二屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“新能源、新機(jī)遇、新高度”。
會(huì)議期間，組委會(huì)邀請(qǐng)了時(shí)代聯(lián)合研究院院長(zhǎng)楊暉分享主題報(bào)告《大圓柱電池在用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
楊暉：尊敬的會(huì)議組織方，各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專(zhuān)家同仁，非常感謝會(huì)議組織方給我這個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)匯報(bào)工作。
我是時(shí)代聯(lián)合研究院院長(zhǎng) - 楊暉，我今天匯報(bào)的題目是《大圓柱電池在用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用》。
今年夏天，全國(guó)大面積高溫干旱，居民用戶(hù)的制冷需求瘋漲，就連水電資源豐富的四川省，也從7月高峰時(shí)期電力緊缺，演變到8月全天電力缺乏的局面。為確保電網(wǎng)安全和保障民生用電，四川省經(jīng)濟(jì)和信息化廳和國(guó)網(wǎng)四川電力公司聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于擴(kuò)大工業(yè)讓電于民四川范圍的緊急通知》，從8月15號(hào)開(kāi)始對(duì)四川電網(wǎng)所有工業(yè)電力用戶(hù)停了5天電，全面實(shí)施讓電于民。
讓電于民政策讓民生用電問(wèn)題得到緩解，但是怎樣才能更好在民生用電和工業(yè)用電之間達(dá)到平衡？改善民生，這就是我們要大力發(fā)展用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能的核心意義所在。
早在去年7月15號(hào)，發(fā)改委、能源局就頒布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，鼓勵(lì)用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)，提出了完善峰谷電價(jià)政策，鼓勵(lì)對(duì)用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能提供一站式服務(wù)，為用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能創(chuàng)造了極大的發(fā)展空間。
用戶(hù)式儲(chǔ)能其實(shí)就是一個(gè)小型儲(chǔ)能電站，在參與園區(qū)、商業(yè)區(qū)設(shè)備供電的同時(shí)，可以進(jìn)一步降低電網(wǎng)負(fù)荷，穩(wěn)定電網(wǎng)安全，有效降低用電高峰時(shí)拉閘限電的影響，確保企業(yè)正常生產(chǎn)，或者商業(yè)區(qū)正常運(yùn)行。
其次，用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能可以充當(dāng)備用電源的角色，以應(yīng)對(duì)臨時(shí)斷電、停電的風(fēng)險(xiǎn)，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。
隨著我國(guó)峰谷電價(jià)政策進(jìn)一步完善，用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能目前也具備了良好的峰谷套利，在局部地區(qū)具備良好的盈利模型。
從去年開(kāi)始，用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能利好已經(jīng)逐步顯現(xiàn)，但是怎么規(guī)?；l(fā)展仍然面臨著一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在三方面：
一是儲(chǔ)能電站本身的安全性：
儲(chǔ)能電站用的電池和電動(dòng)汽車(chē)用的電池目前都是以鋰離子電池為主，儲(chǔ)能更偏重磷酸鐵鋰電池，因?yàn)榱姿徼F鋰電池安全性相對(duì)好一些，但是近些年基于磷酸鐵鋰電池的電動(dòng)車(chē)或儲(chǔ)能電站的安全報(bào)道仍時(shí)有發(fā)生。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止目前，全球累計(jì)記錄儲(chǔ)能電站起火70余起，僅今年上半年就有17起，因?yàn)閮?chǔ)能電站所用電量是十倍、幾十倍、甚至300倍于電動(dòng)汽車(chē)，每一次儲(chǔ)能電站的安全事故，都會(huì)給我們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失以及慘痛的教訓(xùn)。
二是回本周期不一樣：
用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能目前主要盈利模式是峰谷電價(jià)套利，但是各省峰谷電價(jià)政策不一樣，沿海省份，像浙江、廣東、江蘇、山東、上海峰谷電價(jià)差價(jià)大一些，浙江存在兩次峰谷差價(jià)，在這些地方用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能可以在比較短的時(shí)間內(nèi)收回成本并盈利，但是內(nèi)陸城市峰谷差價(jià)不明顯，用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能電價(jià)差達(dá)不到回本的要求。所以我們可以看到，用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能在沿海地區(qū)，在浙江、山東發(fā)展的勢(shì)頭比較迅猛。
三是針對(duì)不同用戶(hù)群體，如商業(yè)群體、工業(yè)群體，每個(gè)群體都有各自的訴求，每個(gè)項(xiàng)目都存在差異，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可以同時(shí)滿(mǎn)足所有用戶(hù)需求，項(xiàng)目可復(fù)制性比較差。
儲(chǔ)能電站安全可以從四個(gè)層面來(lái)看，電芯層面、系統(tǒng)層面、運(yùn)維層面以及整個(gè)項(xiàng)目層面，其中電芯層面的電芯安全，又是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)。電芯不安全的話(huà)，上面三個(gè)層面的安全無(wú)從談起，只有在電芯安全相對(duì)安全的基礎(chǔ)上，才能考慮怎么進(jìn)一步提高系統(tǒng)安全，保證運(yùn)維安全，最后保證項(xiàng)目的安全。
時(shí)代聯(lián)合在電芯安全方面，我們最開(kāi)始介入原儲(chǔ)電芯的時(shí)候就把安全擺在首位，我們做了三方面工作來(lái)提升原儲(chǔ)電池的安全性：
首先，我們采用的是最成熟的大圓柱電池卷繞工藝，結(jié)合大圓柱電池的連續(xù)涂布技術(shù)，降低了極片本身的毛刺和粉塵產(chǎn)生幾率，同時(shí)基于多元經(jīng)驗(yàn)解決了卷入過(guò)程中硬力和C角問(wèn)題，從電芯內(nèi)部提升了電池的安全性。
其次，在電芯本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，我們引入了低壓力雙向安全閥系統(tǒng)，這個(gè)雙向安全閥具有高靈敏、可恢復(fù)的特點(diǎn)，可以自動(dòng)平衡電池內(nèi)外氣壓，使得電池萬(wàn)一內(nèi)部有氣體沉積的話(huà)，可以及時(shí)排出，保證電池內(nèi)部不會(huì)在高壓力情況下工作，同時(shí)具備及時(shí)閉合功能，防止外部空氣和水分浸入，進(jìn)一步提升電池安全性，安全可靠性覆蓋電池全生命周期。
最后，我們采用了大圓柱全極耳技術(shù)，可以保證非常好的電流密度分布，確保在大功率工作情況下，具備更好的電流通過(guò)性及更少的發(fā)熱量，進(jìn)一步穩(wěn)固了電池的安全性。
在保證電池安全的前提下，如何降低第一次進(jìn)入成本和使用成本，也是我們需要思考的關(guān)鍵。
第一次進(jìn)入成本是我們要保證低制造成本，時(shí)代聯(lián)合對(duì)于正負(fù)極采用的都是水性涂布技術(shù)，采用去離子水作為電池溶劑，節(jié)省了NMP成本，減少了生產(chǎn)過(guò)程抽濕耗能，還節(jié)省了正極車(chē)間建造和運(yùn)維成本。
其次，首創(chuàng)的15道鋰離子電池生產(chǎn)工藝，僅需15道工序就可以完成電芯的制程，相當(dāng)于其他電芯二十幾道、甚至三十幾道工序，減少了生產(chǎn)設(shè)備的投入和生產(chǎn)耗能，滿(mǎn)足電化學(xué)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性需求
在多研制造基礎(chǔ)上，我們優(yōu)化了電芯本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以50Ah電芯為例，在25度，0.5C倍率的情況下，6000周的循環(huán)后還有70%的容量保持率，有效降低了使用成本，有利于大規(guī)模推廣。
這是時(shí)代聯(lián)合的用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能示范站，單套儲(chǔ)能系統(tǒng)是230度電，里面用的是我們左上側(cè)看到的6P12S大圓柱電池模組，整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率在90%左右，目前我們公司共有3套儲(chǔ)能柜并聯(lián)使用，未來(lái)計(jì)劃擴(kuò)展成7套，來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)大儲(chǔ)能電站的用電量，滿(mǎn)足我們公司自己在高峰時(shí)期生產(chǎn)和辦公的用電需求，目前已在湖南、山東、浙江等多個(gè)地區(qū)投入運(yùn)營(yíng)。
下面看一下我們的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。
我們公司的儲(chǔ)能電站是從5月份開(kāi)始運(yùn)營(yíng)的，采用兩充兩放，到8月份每月穩(wěn)定營(yíng)收在2萬(wàn)左右，9月份的收益為2.2萬(wàn)元，保守估計(jì)4年可以回本，預(yù)計(jì)隨著峰谷電價(jià)差的進(jìn)一步拉大，投資回報(bào)期將進(jìn)一步縮短。
為了應(yīng)對(duì)目前儲(chǔ)能市場(chǎng)不同用戶(hù)和不同產(chǎn)品需求，我們也在豐富產(chǎn)品規(guī)格，下一代會(huì)推出75ah和100ah的儲(chǔ)能電池產(chǎn)品。同時(shí)應(yīng)對(duì)目前碳酸鋰價(jià)格高漲，我們計(jì)劃用沉重鈉離子增極結(jié)合硬碳，推出了全球首支超三元處理的鈉離子電池，很快我們就會(huì)出樣品，并進(jìn)行試用。
我們研究院跟南京工業(yè)大學(xué)合作，在磷酸鐵鋰材料新工藝嘗試做了大量工作。因?yàn)榱姿徼F鋰目前是儲(chǔ)能的主能材料，需求非常旺盛。從2020年的14萬(wàn)噸，到2021年的42萬(wàn)噸，今年肯定會(huì)突破一百萬(wàn)噸，發(fā)展呈指數(shù)增長(zhǎng)，但是統(tǒng)計(jì)表明，他們非常關(guān)注磷酸鐵和磷酸鐵鋰市場(chǎng)的發(fā)展，多次指出磷酸鐵產(chǎn)能的擴(kuò)展和磷酸鐵鋰產(chǎn)能擴(kuò)張存在不匹配性，明顯落后于磷酸鐵鋰，目前整體涂層GAP會(huì)差幾十萬(wàn)噸的樣子。
我們總結(jié)分析過(guò)，也跟業(yè)內(nèi)討論過(guò)，我們認(rèn)為磷酸鐵鋰本身的生產(chǎn)工藝，是工藝沒(méi)有跟上產(chǎn)能的發(fā)展。因?yàn)橛昧姿徼F來(lái)做電池極的磷酸鐵鋰，本身對(duì)磷酸鐵的要求很高，從產(chǎn)品純度，顆粒大小，粒徑分布與表面都有非常高的要求。以往在磷酸鐵需求量比較小的時(shí)候，每年幾萬(wàn)噸、十幾萬(wàn)噸的時(shí)候，單條線(xiàn)各個(gè)廠(chǎng)家都做得非常小，用的都是兩到三立方的反應(yīng)弧，現(xiàn)在驟然產(chǎn)能擴(kuò)大，這些大廠(chǎng)投產(chǎn)的時(shí)候，會(huì)把產(chǎn)量放到30噸，50噸，甚至一百?lài)崱?
據(jù)我們所知首次一百?lài)嵰陨系哪壳俺晒Φ暮苌?，可能只有一家，并且還是基于磷酸和氫氧化鈉，不是基于磷酸氫氨的?；诹姿釟浒狈诺胶艽蟮姆磻?yīng)弧基本上沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)有成功案例。原因是因?yàn)樵诜磻?yīng)弧中間磷酸亞鐵和磷酸硅混合之后，在過(guò)氧化氫的作用下，再用氨水或者燒結(jié)的時(shí)候PM值，沉降是指磷酸鐵的過(guò)程中間，這個(gè)過(guò)程中對(duì)混合非常敏感，意思就是說(shuō)它對(duì)局部微環(huán)境、溫度、PH值，以及這個(gè)微環(huán)境中間反應(yīng)物的劑量比都會(huì)影響最后產(chǎn)品本身的性能。在反應(yīng)弧比較小的時(shí)候，理想混合比較容易達(dá)到，但是反應(yīng)弧放大到10倍，到30方，60方，甚至100方的時(shí)候，這個(gè)混合問(wèn)題很難解決，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。
基于這個(gè)原因，我們提出了采用連續(xù)化工藝，完成反應(yīng)沉降以及晶粒生長(zhǎng)，同時(shí)在反應(yīng)物過(guò)濾，我們引用了陶瓷膜，做到整個(gè)過(guò)程的連續(xù)化，到噴霧干燥，甚至連著噴霧干燥這一塊，我們都是連續(xù)化的工藝。連續(xù)化工藝的優(yōu)勢(shì)一是穩(wěn)定性好，二是廢水量少了很多，傳統(tǒng)工藝廢水一般是在50～70噸，我們采用連續(xù)化新工藝之后廢水可以控制在30噸左右，這樣能耗降低了。連續(xù)化可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高，用人成本也低。能耗減少，只有傳統(tǒng)的50%左右，綜合成本降低10%左右。
在電芯安全方面，剛才我們介紹了時(shí)代聯(lián)合，我們的大圓柱系統(tǒng)在電芯層面相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較安全的。在模組和系統(tǒng)安全方面，我們計(jì)劃引入氣凝膠，我們做了一些前瞻性工作，因?yàn)闅饽z是目前最好的絕緣材料，熱導(dǎo)率比空氣還小?？諝馐?.023，氣凝膠可以做到小于0.02，同時(shí)氣凝膠密度很低，只有水的1‰的密度。這樣我們把氣凝膠用于電池系統(tǒng)，有一個(gè)好處，它基本上不拉低系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度。
在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們相當(dāng)于直接用了最危險(xiǎn)的電池—軟包電池，我們現(xiàn)在還不是做的鐵鋰，我們直接上了高鎳三元811，負(fù)極是硅碳，整體電芯是65安時(shí)，能量密度有320瓦每公斤。對(duì)于這樣的電芯氣凝膠可以起作用的話(huà)，將來(lái)再把它用于鐵鋰的話(huà)，安全性完全是有保證的。我們避免電芯發(fā)熱失控的時(shí)候燃爆是非常劇烈的，溫度可以到1300℃。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)用了一小塊加熱原件，用304加到一起會(huì)引爆一號(hào)電機(jī)，我們希望做到用氣凝膠來(lái)隔斷熱蔓延，使得2號(hào)電機(jī)不發(fā)生燃爆。
這是我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，跟大家匯報(bào)一下。我們實(shí)驗(yàn)用了4種不同厚度的氣凝膠，1.2、1.8、2.3、2.8，在加熱板加熱之后基本上是在110秒左右，第一顆電芯就燃爆了，劇烈燃燒得很厲害，這個(gè)會(huì)維持30秒左右。從這個(gè)結(jié)果我們可以看到，1.2毫米和1.8毫米的氣凝膠還不夠厚。1.2毫米氣凝膠在第一顆電芯燃爆50秒之后它也會(huì)被引燃，第二顆1.8毫的電芯在第一顆電芯燃爆100秒之后也會(huì)被引燃，但是只要?dú)饽z厚度達(dá)到2.3毫米，第二顆電芯就安全了，它不會(huì)發(fā)生電池反應(yīng)，2.8毫米更是如此。證明我只要用2毫米左右的電芯，對(duì)于能量密度高達(dá)320瓦每公斤的高粒三元硅碳電池可以阻斷它的熱蔓延?？梢韵胂?，將來(lái)我把它用在無(wú)線(xiàn)或者是磷酸鐵鋰電池的時(shí)候，只要是合理試劑，其實(shí)可以極大提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。
下來(lái)看兩個(gè)視頻，這是1.8毫米的，這是2.3毫米的，這是完全阻隔。
（視頻）加熱很快，第一顆電芯就發(fā)生了燃爆，這個(gè)燃爆會(huì)維持30秒鐘左右，這個(gè)火焰慢慢弱下來(lái)，高溫能到1300度，接下來(lái)在1000度以上的時(shí)間會(huì)維持十幾秒，然后慢慢到900度，800度。
這是氣凝膠，1.8毫米的氣凝膠不能完全完成熱阻隔，后面再過(guò)二十多秒，這個(gè)電芯表面溫度已經(jīng)超過(guò)了200度，在220～230度的時(shí)候這個(gè)電芯很快也被燃了，我們看一下第二塊電芯也很快被引燃。
我們看一下這是2.3毫米的，能夠成功阻斷熱蔓延。第一顆電芯被引燃，一樣的會(huì)持續(xù)30秒左右，最高溫度1300多度也會(huì)持續(xù)十幾秒，等火焰慢慢滅掉之后，這邊還是可以看到這邊是通紅的，達(dá)到了八九百度的溫度。旁邊的電芯在整個(gè)過(guò)程中，十分鐘，二十分鐘一直維持相對(duì)安全的狀態(tài)，沒(méi)有燃爆，盡管2.3毫米的電芯實(shí)驗(yàn)完了之后拆下來(lái)，電壓還在，但是充放電已經(jīng)不正常了，而2.8毫米的電芯電壓也在，充放電的時(shí)候還能保證一定的容量，但不是全容量。盡管電芯受到了一定影響，但是我們最重要的目的是防止單顆電芯出現(xiàn)熱失控產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從而使事件走向不可收?qǐng)龅牡夭健?
因?yàn)闀r(shí)代聯(lián)合做的是大圓柱電芯，因?yàn)閱蝹€(gè)電芯相對(duì)安全，所以對(duì)于單個(gè)電芯本身被動(dòng)安全，我們可能不打算用氣凝膠鞏固了。時(shí)代聯(lián)合在存儲(chǔ)成系統(tǒng)的時(shí)候用的是6P12S，我們會(huì)把很多模組排在一起。我們計(jì)劃設(shè)定用氣凝膠在模組和模組之間做一個(gè)阻隔，萬(wàn)一有一顆電芯出現(xiàn)問(wèn)題的話(huà)，我們希望不要在模組之間迅速引發(fā)連鎖反應(yīng)，為整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行搶救滅火，提供充足的時(shí)間。
最后和各位匯報(bào)一下時(shí)代聯(lián)合公司整體情況。
湖南時(shí)代聯(lián)合新能源專(zhuān)注于大圓柱電池的研發(fā)、制造及應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)13年，核心團(tuán)隊(duì)成員都有15年以上的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在湖南省邵陽(yáng)市有1G瓦時(shí)產(chǎn)能在運(yùn)行，目前源源不斷向各地輸送，4G瓦時(shí)在建，未來(lái)計(jì)劃是10G瓦時(shí)，用來(lái)滿(mǎn)足儲(chǔ)能電池及工程機(jī)械電池需求。
以上就是我與大家分享的內(nèi)容，如果大家對(duì)大圓柱電池感興趣，或者對(duì)氣凝膠用于提升電池安全、磷酸鐵鋰連續(xù)化生產(chǎn)工藝感興趣，歡迎一起交流探討。
謝謝大家，謝謝會(huì)務(wù)組！
