中國鋰離子電池用工業(yè)儲能產品生產工藝及技術趨勢研究

中國鋰離子電池用工業(yè)儲能產品生產工藝及技術趨勢研究第一節(jié)質量指標情況儲能市場包括大型電力儲能、家庭儲能、后備電源儲能等?，F(xiàn)有技術下，鋰電池在后備電源儲能領域的性價比已經(jīng)顯著提高，后備電源和家庭儲能領域是現(xiàn)階段了鋰離子電池應用更為適合的領域。而其中儲能尤其是后備電源儲能領域市場尤為廣闊。例如通信基站，通信領域備用電源需求主要與固定資產投資力度有關，電池成本約占到基站總投入煩人3~4%。在4G牌照下發(fā)后，通信行業(yè)正在大量建設通信基站，與之配套的備用電源必不可少?！案鞣N相關政策已經(jīng)對市場釋放出積極信號，”中國電池工業(yè)協(xié)會理事長韓作梁表示，“儲能電池行業(yè)未來市場潛力不可限量?！蓖黄萍夹g難關是商業(yè)化的關鍵除了大型風光并網(wǎng)項目外，儲能技術還廣泛應用于分布式發(fā)電、微電網(wǎng)、通信基站和新能源汽車等領域。中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止到2013年底，全球儲能累計裝機容量達到736兆瓦，增速平穩(wěn)。2014年第一季度，新增裝機容量15兆瓦。在運行項目197個、規(guī)劃和在建項目130，共計327個項目。在中國，截至2013年10月底，累計運行、在建及規(guī)劃的項目總量近60個，裝機規(guī)模超過75兆瓦。目前來看，我國儲能產業(yè)還處于發(fā)展的初期階段，以應用示范為主。儲能技術面臨著成本、性能、技術選擇、安全性等問題?！叭绻麅δ鼙旧淼募夹g性問題解決不了，商業(yè)推廣就無從談起，這是前提條件?！毕嚓P專家表示。此外，我國還沒有出臺與儲能相關的政策體系和價格機制，其中儲能電站一次性資金投入基本都能算清楚，可是電站運行成本、維護成本和折舊成本仍沒有清晰的界定標準，給儲能技術應用的商業(yè)化運營帶來巨大挑戰(zhàn)。據(jù)悉，儲能行業(yè)財政補貼有關政策、辦法目前還比較少；示范項目缺乏持續(xù)跟蹤和及時反饋，還沒有明確的電價和成本核算體系和成本回收等行動方案；鼓勵和吸引投融資方面的政策也顯不足。專家建議，應制定相應的財政扶持政策，探索建立與電力市場化運營相配套的儲能價格機制。但中國電子信息產業(yè)發(fā)展研究院汪家紅樂觀地指出，目前，通訊基站儲能領域已具備完全的商業(yè)化市場，伴隨4G網(wǎng)絡的快速建設，處于快速發(fā)展期，預計到2015市場規(guī)模會達到20億元；國內孤島微網(wǎng)等方面，已經(jīng)初步具備商業(yè)化價值；伴隨新能源汽車的普及程度的增加，充換儲放一體作為新能源汽車運營的補充，商業(yè)化程度日益成熟，各種相關利好政策已經(jīng)對市場釋放出積極信號，吸引著比亞迪公司、珠海銀通隆、中航鋰電、天津力神等知名企業(yè)的參與和關注。隨著儲能各種能源技術路線的逐漸成熟、儲能成本的持續(xù)下降以及相關政策的逐步完善，電網(wǎng)對儲能的需求有望逐步釋放。高虎認為，分布式光伏發(fā)電應該鼓勵自發(fā)自用余電上網(wǎng)，在備案管理和投融資商業(yè)模式方面還有待突破。在2030年歐盟氣候和能源政策框架中指出，到2030年可再生能源在能源消費結構中的占比將提高到至少27%，儲能是未來智能電網(wǎng)發(fā)展的必備技術。從2015年開始，儲能技術將逐步開始商業(yè)化，2020年后，儲能系統(tǒng)將成為電力生產運營的必備部分，預計2030年儲能技術將進入大規(guī)模發(fā)展期。全釩液流電池儲能技術有突破全釩液流電池儲能系統(tǒng)的主要市場應用為太陽能、風能等可再生能源發(fā)電并網(wǎng)儲能和智能電網(wǎng)儲能，提高可再生能源接入能力，提高能源利用率。另外，儲能系統(tǒng)還能用于國家重要部門如政府、醫(yī)院、機場、軍事指揮系統(tǒng)等作為備用電站，在非常時期保證穩(wěn)定、及時的大功率、大容量電力供應。張華民研究員介紹了他們的研究成果，他說，我們經(jīng)過10多年扎扎實實的創(chuàng)新研究，電解質溶液、電極雙極板等電池核心材料都達到了規(guī)模化生產；原創(chuàng)性地開發(fā)出液流電池用高選擇性、高穩(wěn)定性、低成本的非氟離子傳導膜，并正用于建設中的100kW/500kW應用示范工程；突破了大功率電堆設計制造技術、電池成組技術、電池管理控制技術及多系統(tǒng)耦合與綜合能量管理控制技術。他還介紹了國外目前的情況，美國加州公共事業(yè)委員會2013年9月3日做出決定（立法）。要求加州三大電力公司按照決定要求建設儲能系統(tǒng)，截至2020年，建設1325MW儲能系統(tǒng)。其目的是增加加州風能、太陽能發(fā)電的接納能力，提高電網(wǎng)穩(wěn)定可靠性，改善管理及調控能力。日本政府最近投入2億美元在北海道建立15MW/60MW?h全釩液流電池儲能系統(tǒng)，用于電網(wǎng)調頻、平衡負荷，提高對風電及光伏發(fā)電的接納能力。高虎認為，未來將以車用動力為重點，轉變能源發(fā)展方式加快儲能研發(fā)應用，加快智能電網(wǎng)及先進儲能關鍵技術，同時加快材料和裝備的研發(fā)以及系統(tǒng)集成的創(chuàng)新，加速創(chuàng)新成果轉化，以改善風電、太陽能等間歇式能源特征。整頓鉛酸電池促進鋰離子電池工信部消費品工業(yè)司輕工處李強認為，當前的動力電池國家重點扶持的是鋰電電池，而中國的鉛酸蓄電池行業(yè)逐漸從一個產業(yè)規(guī)模小，制造技術落后的低端產業(yè)發(fā)展成為一個2000家企業(yè)；總產值1500億元規(guī)模；產量占世界總產量三分之一的熱興產業(yè)。并形成了以浙、蘇、閩、粵等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)為產業(yè)集中區(qū)的產業(yè)格局以及中小企業(yè)為主體的產業(yè)結構?！笆濉敝?，由于國家產業(yè)政策指導和調控作用的乏力，我國的鉛酸蓄電池行業(yè)處于一種自由無序的發(fā)展狀態(tài)。產業(yè)快速發(fā)展的同時也帶來了產業(yè)集中度低、環(huán)境污染、能源浪費、產能過剩及社會責任匱乏等諸多的問題。2012年11月6日環(huán)保部發(fā)布的《鉛酸蓄電池生產及再生污染防治技術政策》和2013年3月工信部、環(huán)保部、國家發(fā)改委等國家五部委聯(lián)合發(fā)布的“關于促進鉛酸蓄電池和再生鉛企業(yè)規(guī)范發(fā)展意見”，充分明確了國家對鉛酸蓄電池產業(yè)進行結構調整和推動升級轉型的目的和目標。環(huán)保核查：1000多家有生產許可證，能在2015年能夠通過的成為少數(shù)。2015年將成為鉛酸電池企業(yè)的生死線，對不符合準入條件的企業(yè)重新審核，不發(fā)許可證，目前，第三批正在審核，提升內部管理水平，技術提升水平，獲得好的發(fā)展機會。李強認為，鋰離子電池不僅作為動力電池同時也具有儲能功能，其發(fā)展應該分三步走，第一步：手機、筆記本電池目前已經(jīng)很成熟的；第二步：中等電池市場正處在發(fā)展階段，如，電動自行車電池（主要在10-20安石），國內自行車已接近2億輛，有規(guī)模的393家企業(yè)，總產量3695萬輛，出口81萬輛，鋰離子電動自行車231萬輛，每年增長7%；第三步：大電池技術有許多待解決的技術難點，如，轎車、客車動力電池。但是一些企業(yè)已經(jīng)解決了一些瓶頸的技術并已商業(yè)化，例如，山東威能電池公司，威能鋰離子電池不僅廣泛用于電力系統(tǒng)的儲能方面，而且已經(jīng)與上汽申沃、南京金龍、中通、歐輝、沂星、吉利、眾泰等國內多家企業(yè)達成合作，部分已完成裝配生產，并已批量出口捷克、德國、美國、比利時、法國、新加坡等歐美、東南亞市場。梯級利用儲能鋰電池產業(yè)新機遇作為電動汽車用動力鋰電池，容量衰減至額定容量的80%時，電動汽車的續(xù)航里程會明顯減少，失去使用價值，但對于儲能系統(tǒng)來說仍具有較大的使用價值。此外，從環(huán)保方面考慮，雖然鋰電池環(huán)境污染性相對較小，但是其中的鎳、鈷、錳等金屬元素以及各類鋰鹽、有機溶劑等物質仍然具有一定的易燃性、浸出毒性和腐蝕性，直接丟棄造成的后果不容小覷。中國汽車技術研究中心專家曾預測，我國動力鋰電池未來報廢量將快速增長，2015年動力鋰電池累計報廢量約為2萬~4萬噸，2020年將達到12萬~17萬噸。因此，汪家紅在會上指出，動力鋰電池的回收需要遵循“誰制造誰回收”責任體制，通過推行回收責任制建立動力鋰電池的回收利用體系，保證回收來源。目前，已有企業(yè)在這方面做出了積極嘗試。山東威能環(huán)保電源有限公司日前新上的“廢舊鋰離子動力電池回收處理和綜合利用”項目，總投資額17億元，建設期限3年，實施后每年可回收動力電池30億安時，回收金屬25500噸以上，價值20400萬元，循環(huán)利用舊電池容量約24億Ah，可組建儲能站實現(xiàn)能源充分利用7200兆瓦時。威能公司總經(jīng)理熊俊威解釋道，當汽車鋰電池從100%容量衰減到70%容量時，公司可在通信基站、工業(yè)備用電源等領域以儲能電池形式繼續(xù)使用，同時也可以應用到家庭備用電源；當鋰電池衰減到40%以下，公司可以進行資源化處理，對鋰電池電解液、正負兩極、隔膜中有價值的材料進行提取制備和可持續(xù)利用。專家表示，該項目作為國內數(shù)量不多的大規(guī)模專業(yè)鋰離子電池回收處理和綜合利用項目，對我國今后在該領域的發(fā)展具有示范性和帶動性作用。第二節(jié)主要技術原理介紹鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。鋰離子電池正極為鋰離子材料如磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等。鋰離子電池的優(yōu)勢主要有：（1）電壓比較高，單體電池的工作電壓高達3.7V（磷酸鐵鋰的是3.2V）；（2）能量密度高，目前能達到的實際比能量150～200Wh/kg；（3）循環(huán)壽命較長，可達2000次以上；（4）安全性好，無記憶效應；（5）自放電小，室溫下充滿電的電池儲存1個月后的自放電率為2%左右。鋰離子電池作為商業(yè)化的一種儲能技術，在可再生能源并網(wǎng)、微網(wǎng)系統(tǒng)、改善電能質量等方面國內外都有不少應用。第三節(jié)最新技術進展及趨勢研究鋰離子電池是近10年高技術研究的最重要成果之一，代表著化學電源發(fā)展的最先進水平。由于這一新體系兼具高比能量、長循環(huán)壽命以及環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢，現(xiàn)已成為各類先進便攜式電子產品的主要配套電源，在移動場合具有絕對的優(yōu)勢，目前鋰離子電池的全球年需求量已達13億只，擁有每年270億美元的銷售額，毫無疑問是充電電池市場的主導者之一。隨著鋰離子電池新材料的研發(fā)、電池制作技術的創(chuàng)新以及眾多科研機構和企業(yè)的參與，鋰離子電池的性能正日益提高，電池成本日益降低，電池的安全性能也得到極大提高，鋰離子電池在電動汽車領域正逐步顯示出應用優(yōu)勢。日本富士經(jīng)濟認為，鋰離子電池將在