鋰離子電池的發(fā)展及影響其安全性和可靠性的因素

我國的鋰離子電池生產量力正在迅速上升，但規(guī)模的擴大使得確保鋰離子電池的安全和質量變得非常重要，尤其是在多起電池起火和韓國市場停滯之后。清潔能源協(xié)會(CEA)公布了其2019年BESS供應商市場情報項目報告，該報告涵蓋了40家供應商，旨在幫助買家了解供應商的情況。以下是影響鋰離子安全性和可靠性的一些因素。

韓國電池裝置發(fā)生的一系列火災引發(fā)了全球能源存儲行業(yè)投資者的擔憂，并促使人們重新關注安全與質量。照片:比亞迪

自2010年以來，鋰離子電池價格下跌了約85%。據(jù)CEA預測，到2030年，全球對鋰離子電池的需求將超過每年2000千兆瓦時。盡管大部分需求預計將來自電動汽車，但其中5%至10%將來自固定電池儲能系統(tǒng)(BESS)。而其他儲能技術更適合長期使用和低成本將在可再生能源的更高層次滲透,鋰離子似乎暫時領先技術,因為其采用的大規(guī)模效益電動汽車行業(yè),允許低成本、標準化。

與此同時，人們重新開始關注質量和安全，不再依賴資產負債表擔保和少數(shù)供應商。從上游的廠電池質量控制到更全面的盡職調查，如系統(tǒng)設計和防火，正成為電池公司和監(jiān)管機構的原則問題。

幾個鋰離子電池

鋰離子電化學有許多變體(LMO、LTO、LCO、NCA、NCM、LFP)，但只有鎳鈷錳(NCM)、鎳鈷鋁(NCA，僅松下和特斯拉使用)和磷酸鐵鋰(LFP)實現(xiàn)了大規(guī)模的儲能系統(tǒng)。

電池的類型在某種程度上取決于地區(qū)。關于韓國供應商來說，鎳鈷錳(NCM)是BESS的重要選擇，到2019年底，其年生產量力預計將達到54GWh。在北美，特斯拉的Gigafactory1年生產量力為34GWh的松下NCA21700圓柱形電池，重要用于特斯拉的電動汽車產品。

我國供應商擁有強大的鎳鈷錳(NCM)和磷酸鐵鋰(LFP)電池的制造能力，甚至包括一些鎳鈷鋁(NCA)，而且生產線可以相對容易地在化學品之間切換。LFP的化學性質決定了它的安全性，降低了熱失控的風險。然而，由于能源密度是擴大電動汽車使用的最重要因素，我國已轉向更高能源密度的鎳鈷錳(NCM)電池。即便如此，出于安全考慮，LFP電池在某些運輸領域是強制性的。

目前，LFP仍然是BESS供應商在我國的重要選擇之一。一些公司供應的LFP細胞比NCM細胞具有更長的生命周期。更重要的是，LFP電池不含鈷，有一個內在的更穩(wěn)定的成本路線圖。鈷供應鏈不穩(wěn)定重要是因為世界上60%的供應來自剛果民主共和國,一個關鍵因素在最近價格的上漲鎳鈷錳電池(不合格品),和我國供應商非常不愿意供應大貝絲,因為它新增了大型系統(tǒng)的熱失控的風險。

關于LFP來說，它的缺點是能量密度較低，但是它的優(yōu)點是更穩(wěn)定，更低的原材料成本，更高的循環(huán)壽命，更低的熱失控風險，這使得它在能源存儲中占有一席之地?？梢灶A見，我國將對磷酸鐵鋰離子電池嚴格執(zhí)行LFP，而韓國將嚴格執(zhí)行NCM鋰離子電池。

此外，由于鈦酸鋰離子電池僅適用于高充放電率、高循環(huán)等特殊應用，因此被認為是替代品，但目前還沒有得到廣泛的應用。很多業(yè)內人士認為，鈦酸鋰非常適合特種行業(yè)，因為特種行業(yè)對電池穩(wěn)定性要求很高。

安全和質量

今年早些時候，韓國報道了23起蓄能電站火災，起因是該國急于安裝大規(guī)模蓄能設施。貿易、工業(yè)和能源部(MOTIE)對新安裝的設備隨意施加限制，并嚴重限制現(xiàn)有設備的操作條件。莫蒂隨后進行了6個月的調查，并于六月公布了調查結果。調查發(fā)現(xiàn)，火災的可能原因包括保護措施不足、監(jiān)管不力

鋰離子電池雖然為人類擺脫石油燃料做出了巨大貢獻，但在應用中也逐漸暴露出其弊端。目前，電池技術瓶頸是制約其發(fā)展的重要原因，在能量密度、溫度特性、使用壽命等方面都難以突破。鋰離子電池作為清潔能源的重要組成部分，近年來被越來越多的行業(yè)所使用。隨著鋰離子電池需求的新增，后續(xù)出現(xiàn)的大量廢舊電池將對生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)嚴重影響，環(huán)保短板要盡快填補。

IBM最近宣布，它正在開發(fā)一種新的電池概念，它比鋰離子電池更適合人類和環(huán)境。這種新電池的研發(fā)不依賴于重金屬。IBM表示，這種新材料將與電解質一起工作，以限制短路條件，使其更安全地生產和使用，并供應一種更清潔、更高效、更安全的鋰離子電池替代品。

IBM的新電池技術基于從海水中提取的三種未公開的材料，以取代昂貴且污染嚴重的重金屬鈷、錳和鎳。該技術具有充電速度快、功率密度大、能量密度高、可燃性低等特點。5分鐘內充電率可達80%，不影響放電容量。它的功率密度高達每升1萬瓦，遠遠優(yōu)于鋰離子電池技術，每升的能量密度超過800瓦時，與現(xiàn)代的鋰離子電池相差無幾。由于易燃性能低，可廣泛應用于飛機、電動汽車、卡車和智能電網中。

IBM負責研究的副總裁Jeffwelzer說:我們確實計劃在一年左右的時間里制造出第一個工作原型，但是這個設計最終能否成功還不清楚。

IBM與梅賽德斯-奔馳(mercedes-benz)的研究部門、電池電解質供應商CentralGlass和電池制造商Sidus合作，對新的設計項目進行商業(yè)開發(fā)。