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編者按：儲(chǔ)能電池的發(fā)展，已經(jīng)從當(dāng)初對消費(fèi)類電池的高能量密度的首要要求，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ统杀镜暮诵囊蟆?ldquo;低成本”成為我們儲(chǔ)能電池發(fā)展的首要目標(biāo)。電池循環(huán)次數(shù)壽命是日歷使用壽命的基礎(chǔ)，但并不等同于電池的實(shí)際日歷使用壽命。目前，還缺乏合適的加速老化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)?yīng)電池實(shí)際的日歷衰減變化。


中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組組長、研究員陳永翀?jiān)跁?huì)議期間分享了主旨報(bào)告《電池儲(chǔ)能技術(shù)問題與發(fā)展建議》，以下是他的發(fā)言原文：

我很高興有這樣的機(jī)會(huì)和大家探討四個(gè)方面的問題。一，儲(chǔ)能電池技術(shù)應(yīng)用場景的多元化；二，電池類型多元化；三，技術(shù)內(nèi)涵多元化；四，發(fā)展目標(biāo)的多元化。

我們先看大致的產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景。首先，2017年是中國發(fā)展儲(chǔ)能的共識(shí)之年，在這之前關(guān)于要不要發(fā)展儲(chǔ)能存在很多爭議。2017年《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》出臺(tái)是一個(gè)標(biāo)志，標(biāo)志著中國儲(chǔ)能春天的來臨，2018年全球以及中國的儲(chǔ)能項(xiàng)目迅速發(fā)展。其次，發(fā)展儲(chǔ)能的核心是促進(jìn)可再生能源消納，在最近5年光伏風(fēng)電發(fā)電成本快速下降，以及由于新能源汽車帶動(dòng)動(dòng)力電池的成本下降，使得儲(chǔ)能在原來一些缺乏競爭力的領(lǐng)域開始具備競爭力，儲(chǔ)能的多重價(jià)值逐漸被體現(xiàn)。第三，儲(chǔ)能春天已經(jīng)來臨，春天是萌芽、開花的季節(jié)，但是儲(chǔ)能蓬勃發(fā)展的夏季還沒有到來。現(xiàn)在各類儲(chǔ)能技術(shù)，包括物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和儲(chǔ)熱蓄冷已經(jīng)紛紛開展示范和商業(yè)應(yīng)用，在應(yīng)用中展現(xiàn)了儲(chǔ)能的優(yōu)勢，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了不少問題。尤其是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，應(yīng)該說距離“低成本、長壽命、高安全、易回收”的總體目標(biāo)還有相當(dāng)?shù)牟罹?，有待技術(shù)創(chuàng)新和突破。


儲(chǔ)能有六大應(yīng)用場景，可再生能源并網(wǎng)，電網(wǎng)輔助服務(wù)，電網(wǎng)輸配，分布式及微網(wǎng)，用戶側(cè)，以及一個(gè)非常特殊的用戶側(cè)：電動(dòng)汽車VEG模式的供能系統(tǒng)。儲(chǔ)能應(yīng)用場景很多，大致可以分類儲(chǔ)能的三大作用：第一，平滑間歇性電源功率波動(dòng)，這樣的場景需要功率型儲(chǔ)能技術(shù)；第二，減小峰谷差，提高電力系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率，這種場景下大部分需要容量型儲(chǔ)能技術(shù)；第三，增加備用容量，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，這個(gè)需要的是UPS備用型的儲(chǔ)能技術(shù)。當(dāng)然還有第四類復(fù)合型的應(yīng)用，尤其是電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用，參與調(diào)峰調(diào)頻和緊急備用，我們稱它為復(fù)合型或者是能量型的儲(chǔ)能技術(shù)。所以說，儲(chǔ)能的應(yīng)用場景是多元的。

因此，我們可以從應(yīng)用要求反推儲(chǔ)能電池的類型也可以分為四大類：容量型儲(chǔ)能電池，功率型儲(chǔ)能電池，能量型儲(chǔ)能電池，以及備用型儲(chǔ)能電池。根據(jù)電池使用的功率容量比值做一個(gè)區(qū)別，有利于我們發(fā)展不同類型的儲(chǔ)能電池技術(shù)。尤其是備用型儲(chǔ)能電池。目前來看動(dòng)力電池的梯級利用從大到小是完全可能的，但是從小到大還是面臨非常大的難度，它的一致性、安全性問題，以及成本面臨非常大的挑戰(zhàn)。但是，將動(dòng)力電池梯級利用在一些備用型的儲(chǔ)能場景還是有可能的。所謂備用型儲(chǔ)能，可能一年的充放電次數(shù)也就那么幾次，而不是每天都要進(jìn)行充放電。

我們經(jīng)常會(huì)談到儲(chǔ)能技術(shù)，尤其是儲(chǔ)能電池技術(shù)。那么，到底什么是儲(chǔ)能電池技術(shù)，它的技術(shù)內(nèi)涵是什么？我總結(jié)了一下，儲(chǔ)能電池技術(shù)應(yīng)該包括六大內(nèi)涵。

第一是材料技術(shù)，這是基礎(chǔ)。但是對于儲(chǔ)能電池來說，我特別想強(qiáng)調(diào)材料性能，尤其實(shí)驗(yàn)室研究的材料性能，跟實(shí)際的到未來做成大電池、進(jìn)行儲(chǔ)能應(yīng)用的電池性能相差還是非常大的，所以千萬不能把實(shí)驗(yàn)室材料性能等同于儲(chǔ)能電池的性能，更不能等同于儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的性能。

第二是結(jié)構(gòu)技術(shù)。相對消費(fèi)類小電池來說，儲(chǔ)能場景要求大功率、大容量。因此，未來儲(chǔ)能電池的研發(fā)要充分考慮電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)的融合設(shè)計(jì)，通過一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展減輕外部系統(tǒng)面臨的成本和安全性的壓力，這是未來儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)研究的重要方向。希望我們的儲(chǔ)能電池能夠由“嬌小富貴”變成結(jié)實(shí)耐用的“傻大笨粗”，以滿足電力系統(tǒng)的實(shí)際場景需求。

第三，制造技術(shù)。尤其是鋰離子電池，它的制造技術(shù)來源于以前的磁帶技術(shù)，采用粘接薄膜電解結(jié)構(gòu)，需要高精度的、非常復(fù)雜的、幾百道的制造工序。未來如果想降低制造成本，還需要結(jié)合電池的結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新，讓整個(gè)制造環(huán)節(jié)變得簡單，不要往復(fù)雜化方向發(fā)展。

第四應(yīng)用技術(shù)。儲(chǔ)能電池應(yīng)用技術(shù)就是電力系統(tǒng)經(jīng)常提到的、狹義上的電池儲(chǔ)能技術(shù)，包括系統(tǒng)集成技術(shù)，BMS，PCS與EMS。應(yīng)用技術(shù)非常重要，需要針對不同的應(yīng)用場景開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)，積累應(yīng)用數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用問題，評估應(yīng)用經(jīng)濟(jì)。未來應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)以應(yīng)用技術(shù)開發(fā)為核心的獨(dú)立的儲(chǔ)能電池系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)商，負(fù)責(zé)儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃、租賃運(yùn)維和報(bào)廢回收，并與保險(xiǎn)公司合作，承諾負(fù)責(zé)系統(tǒng)的使用壽命和運(yùn)行安全。

第五再生技術(shù)。我們的消費(fèi)類電池，壽命有三到五年就可以了，因?yàn)槿轿迥晡覀兪謾C(jī)也要更換，電池壽命再長也沒有多大意義。但是，電力系統(tǒng)對于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)要求十年甚至二十年以上的壽命要求，而十年對于我們電池來說幾乎是現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)天花板。因此未來儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可能還需要開發(fā)新型的電池再生技術(shù)，延長儲(chǔ)能電池的應(yīng)用使用壽命。當(dāng)電池使用一段時(shí)間后，可以通過正負(fù)極材料表面SEI膜原位修復(fù)、電解液的補(bǔ)充和更換等方式對電池性能進(jìn)行再“激活”，延長儲(chǔ)能鋰電池的實(shí)際日歷使用壽命。例如，鋰漿料電池的漿料厚電極形態(tài)賦予了其在使用期進(jìn)行在線再生的可能性。

最后一個(gè)，回收技術(shù)，這點(diǎn)非常重要。包括廢舊電池的更換處理技術(shù)、安全運(yùn)輸技術(shù)、回收處理技術(shù)和資源再利用技術(shù)。鋰電池的回收流程和技術(shù)還不成熟，需要與材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展方便回收再生的新型儲(chǔ)能電池技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面加以創(chuàng)新改進(jìn)，從生產(chǎn)端提前考慮電池回收處理的環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能鋰電池產(chǎn)業(yè)的資源可持續(xù)發(fā)展，這一點(diǎn)具有重要的戰(zhàn)略意義。這兩天協(xié)會(huì)正在帶著世行專家去考察現(xiàn)有的電池回收情況。包括更換處理、安全運(yùn)輸、報(bào)廢回收以及資源再利用。我們知道報(bào)廢電池的危險(xiǎn)性比新電池的危險(xiǎn)性高，電池報(bào)廢以后怎么運(yùn)回基地，有沒有可能開發(fā)創(chuàng)新的技術(shù)?在電池報(bào)廢前進(jìn)行安全處理，使它絕對不可能燃燒爆炸，這是儲(chǔ)能電池面臨的新課題。

所以說儲(chǔ)能電池的技術(shù)內(nèi)涵非常豐富，這六大技術(shù)內(nèi)涵需要我們從各個(gè)方面進(jìn)行突破，而不僅僅是材料技術(shù)的突破。

行業(yè)痛點(diǎn)問題。儲(chǔ)能電池的四大綜合問題：成本高、壽命短、安全差、回收難。對于鋰離子電池來說，它是一個(gè)粘接涂布薄膜電極結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部極片并聯(lián)后極耳引出的核心設(shè)計(jì)思路，所以給電池單體以及電池系統(tǒng)的一致性設(shè)計(jì)帶來根本性的難題。昨天我們到科華，科華的陳總說納米顆粒材料在電池中的應(yīng)用需要納米級的機(jī)械控制和電力控制，這個(gè)很有道理。這就要求現(xiàn)有的電池制造控制精度非常高。為什么？因?yàn)樗碾姌O層厚度只有很薄的100多微米，里面包含納米微米級的顆粒，所以要求高精度的控制，這樣使得電池制造成本的降低有相當(dāng)大的難度。因此需要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)，例如，開發(fā)容量型超厚電極技術(shù)，以降低對制造精密度的絕對要求，降低儲(chǔ)能電池的制造成本。

因此我們說儲(chǔ)能電池的發(fā)展，已經(jīng)從當(dāng)初對消費(fèi)類電池的高能量密度的首要要求，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ统杀镜暮诵囊?。電池在手機(jī)中的使用是剛需，手機(jī)離不開電池，因此電池便宜也好，貴也好，必須要用電池。但是，儲(chǔ)能電池如果太貴的話電力系統(tǒng)可以不用，甚至可以用非儲(chǔ)能的手段解決一些儲(chǔ)能面臨的問題。所以“低成本”成為我們儲(chǔ)能電池發(fā)展的首要目標(biāo)。


發(fā)展目標(biāo)我大致解釋一下。狹義的儲(chǔ)能電池成本僅包括一次（采購）成本，廣義的儲(chǔ)能電池成本還包括二次（運(yùn)維）成本和三次（回收）成本。其中，一次成本包括電池的材料成本和生產(chǎn)制造成本。在材料成本下降空間有限的情況下，通過電池結(jié)構(gòu)技術(shù)的顛覆設(shè)計(jì)，簡化電池生產(chǎn)工藝，降低制造成本和人力成本，將會(huì)是新型儲(chǔ)能電池重要的降成本方向。二次成本與電池使用壽命息息相關(guān)。需要結(jié)合材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)技術(shù)，發(fā)展新型修復(fù)再生技術(shù)，提升電池使用壽命，降低容量型電池的度電成本和功率型電池的頻次成本。三次成本主要指電池的回收成本。目前儲(chǔ)能電池的回收再生環(huán)節(jié)若要做到完全符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，成本還是非常高的，需要有創(chuàng)新的電池設(shè)計(jì)思路和回收再生思路，降低電池的三次成本。

現(xiàn)在儲(chǔ)能電池成本相對較高，因此可以首先應(yīng)用在一些互補(bǔ)的場景，在未來，隨著成本的下降，再逐漸往競爭的場景應(yīng)用。

第二個(gè)長壽命，電池循環(huán)次數(shù)壽命是日歷使用壽命的基礎(chǔ)，但并不等同于電池的實(shí)際日歷使用壽命。目前，還缺乏合適的加速老化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)?yīng)電池實(shí)際的日歷衰減變化。未來除了需要建立相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)以外，還需要開發(fā)創(chuàng)新的在線修復(fù)再生技術(shù)，提升儲(chǔ)能電池的日歷使用壽命，滿足實(shí)際儲(chǔ)能的工況要求。如果實(shí)驗(yàn)室測試電池循環(huán)壽命是3650次，即使一天一充一放，一年365天共365次，十年剛好3650次，我們也不能說該電池就具備十年的日歷使用壽命。因?yàn)殡姵厥且粋€(gè)高度非平衡的化學(xué)體系，既使是不充放電，放在某個(gè)地方，它的性能也是在衰減的，這點(diǎn)很重要。所以未來要開發(fā)再生技術(shù)，原因在這里。而且，應(yīng)用發(fā)展方向會(huì)由現(xiàn)在的被動(dòng)更換到以后的主動(dòng)運(yùn)維，我們需要主動(dòng)運(yùn)維。我們的抽水蓄能電站一年運(yùn)維費(fèi)差不多七千萬元到八千萬元，為什么電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)就不需要運(yùn)維？這是不可能的。

第三個(gè)是目標(biāo)是高安全。儲(chǔ)能電池的安全性非常重要。相對而言，水系電池如液流電池、鉛酸電池等安全性較好，能夠滿足儲(chǔ)能電站的安全性要求，但也需要嚴(yán)格控制電池的充電截止電壓，以防止水溶液過壓電解后的析氫爆炸；有機(jī)系鋰離子電池的安全性問題較為突出，目前總體而言處于安全及格線60分上下的水平，有待技術(shù)突破；固態(tài)電池不含易燃的電解液，因此具有最高的安全性，在未來實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后有可能會(huì)首先應(yīng)用到高安全要求的某些特殊場景。但是，固態(tài)電池要規(guī)模應(yīng)用于電力儲(chǔ)能，在降本增壽和系統(tǒng)一致性方面還有相當(dāng)?shù)睦щy需要克服。另外，固態(tài)電池的回收處理也是一大難題。

避免電池（內(nèi)部或外部）短路的安全預(yù)防技術(shù)以及在電池短路發(fā)生后的應(yīng)急維護(hù)技術(shù)是儲(chǔ)能電池安全技術(shù)發(fā)展的重要方向。僅僅通過外部滅火裝置進(jìn)行儲(chǔ)能鋰電池的安全保護(hù)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，未來必須開發(fā)顛覆性的電池結(jié)構(gòu)技術(shù)和安全維護(hù)技術(shù)，從電池內(nèi)部徹底解決電池的安全問題，確保儲(chǔ)能電池的安全運(yùn)輸和儲(chǔ)能電站的安全運(yùn)行。

第四個(gè)目標(biāo)，易回收。資源的循環(huán)再生利用將是儲(chǔ)能電池未來規(guī)模應(yīng)用面臨的最大挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能電池要達(dá)到易回收的目標(biāo)有三點(diǎn)基本要求：1、電池回收過程符合安全和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；2、稀有貴金屬元素做到接近100%的再生利用；3、電池有一定回收殘值。

現(xiàn)在示范應(yīng)用的儲(chǔ)能鋰電池系統(tǒng)基本上沒有考慮到未來電池報(bào)廢后的回收處理環(huán)節(jié)。更為嚴(yán)重的是，目前電池界廣泛存在一種錯(cuò)誤的觀念，認(rèn)為報(bào)廢鋰電池富含各類有價(jià)值的貴金屬，因此根本不用擔(dān)心回收處理的問題。

實(shí)際情況是，報(bào)廢電池的“價(jià)值”與“環(huán)保”之間存在較為嚴(yán)重的沖突和矛盾，現(xiàn)有儲(chǔ)能鋰電池的材料體系選擇和電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得完全符合環(huán)保要求的有價(jià)值的回收處理工作非常困難?？稍偕茉吹陌l(fā)展需要可再生儲(chǔ)能的支撐，如果儲(chǔ)能電池材料資源不能得到很好的循環(huán)利用，比如目前電池的鋰元素只有70%多得以回收利用。目前若要達(dá)到90%以上的回收率，技術(shù)上完全可以做到，但是成本上根本接受不了?，F(xiàn)在只是把有利可圖的元素提煉出來，其它不好處理的再進(jìn)行報(bào)廢填埋。未來若要爭取90%以上的材料回收，必須開發(fā)易回收的新型的儲(chǔ)能電池結(jié)構(gòu)技術(shù)和回收技術(shù)。

我們現(xiàn)有的示范和商業(yè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)當(dāng)然是基于現(xiàn)有相對成熟的技術(shù)產(chǎn)品，比如磷酸鐵鋰電池，現(xiàn)在已逐步應(yīng)用于電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的儲(chǔ)能電站建設(shè)。但基于上述發(fā)展目標(biāo)的差距，未來我們還需要發(fā)展新的儲(chǔ)能電池技術(shù)，需要徹底脫離小型電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，開發(fā)顛覆性的大型儲(chǔ)能電池技術(shù)，例如，適用于容量型儲(chǔ)能的漿料電池技術(shù)，適用于功率型儲(chǔ)能的高壓電池技術(shù)，以及其它技術(shù)方向。百花齊放，百家爭鳴。下面我簡單地介紹一下我們的工作。

鋰漿料電池，電池的全部或部分電極是由漿料態(tài)的儲(chǔ)鋰活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和電解液構(gòu)成。鋰漿料電池（Lithium Slurry Battery）的技術(shù)名稱是由我們團(tuán)隊(duì)在2015年發(fā)明專利中第一次正式提出，但最初的研發(fā)工作在8年以前就開始了。與傳統(tǒng)鋰離子電池的固定粘結(jié)電極不同，鋰漿料電池具有超厚漿料電極和可維護(hù)再生的兩大顯著的技術(shù)特征。

超厚漿料電極：漿料態(tài)的電極厚度可以達(dá)到毫米級的超級厚度，是普通鋰離子電池涂布粘接電極厚度的10倍以上，絕對精度控制更容易，電池制造成本降低，單個(gè)電極片容量大幅提升，更適合提供大容量的儲(chǔ)能電力輸出；非粘結(jié)狀態(tài)電極不存在松動(dòng)脫落問題，動(dòng)態(tài)使用壽命長。

可維護(hù)再生：當(dāng)電池使用一段時(shí)間性能下降后，通過換液再生技術(shù)修復(fù)電池內(nèi)部界面，重新提升電池活力，延長日歷使用壽命；電池報(bào)廢后，非粘結(jié)態(tài)電極易于回收處理，實(shí)現(xiàn)90%以上材料的低成本循環(huán)再生利用。

目前鋰漿料電池已經(jīng)在光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)和低速電動(dòng)車?yán)镩_展示范應(yīng)用。這是第三方的安全測試，這是專利，我們已經(jīng)申請90多項(xiàng)發(fā)明專利，在國際上有獨(dú)立自主的技術(shù)卡法路線。這是我們的中試基地，一共1400平米，已經(jīng)開發(fā)了第一代中試產(chǎn)品，目前正在開發(fā)第二代，預(yù)計(jì)下半年可以開始放大生產(chǎn)線的建設(shè)。



儲(chǔ)能的應(yīng)用場景多元。因此沒有任何一種技術(shù)能把所有的儲(chǔ)能問題解決。鋰漿料電池是典型的容量型電池，不適合在高倍率下運(yùn)用，所以高功率儲(chǔ)能場景需要其他一些新的技術(shù)開發(fā)好應(yīng)用，比如高電壓電池。

總結(jié)，第一，以需求為導(dǎo)向，要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求發(fā)展相適應(yīng)的儲(chǔ)能技術(shù)，低成本、長壽命、高安全、易回收是儲(chǔ)能電池技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)。第二，未來需要?jiǎng)?chuàng)新，而且不僅僅是材料創(chuàng)新，還包括結(jié)構(gòu)技術(shù)、制造技術(shù)、修復(fù)技術(shù)、回收技術(shù)，以及應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新，有很多的研發(fā)工作要做。第三，盡管有各種各樣的新型技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中，最近五年，針對不同儲(chǔ)能應(yīng)用場景進(jìn)行創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專門的大容量，大功率的儲(chǔ)能鋰電池將得到最廣泛的應(yīng)用。儲(chǔ)能從促進(jìn)可再生能源消納到降低可再生能源利用成本，任重道遠(yuǎn)，還有很長的路要走。

原標(biāo)題：陳永翀：電池儲(chǔ)能技術(shù)問題與發(fā)展建議