鉅大LARGE | 點擊量：1273次 | 2021年09月23日
國際電力儲能技術(shù)分析——鋰離子電池
一、技術(shù)原理
鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池（LIB）和聚合物鋰離子電池（PLB）兩類。它以含鋰的化合物作正極，如鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）或磷酸鐵鋰（LiFePO4）等二元或三元材料；負極采用鋰-碳層間化合物，重要有石墨、軟碳、硬碳、鈦酸鋰等；電解質(zhì)由溶解在有機碳酸鹽中的鋰鹽組成的。其工作原理如圖6所示，充電時，鋰原子變成鋰離子通過電解質(zhì)向碳極遷移，在碳極與外部電子結(jié)合后作為鋰原子儲存，放電的時候整個過程可逆。
與其他傳統(tǒng)蓄電池相比，鋰離子電池具有比能量高、額定電壓高、大電流放電能力強、高功率承受力、自放電率低等優(yōu)點，其比能量（200Wh/kg）達到了鉛酸電池的5倍左右，單體工作電壓為3.7V或3.2V，循環(huán)壽命在淺充放模式下可以達到3000~5000次，儲能效率可以達到90%以上。但鋰離子電池耐過充/放電性能差，組合及保護電路復(fù)雜，成本相有關(guān)鉛酸電池等傳統(tǒng)蓄電池偏高，這些因素制約了鋰離子電池在大型動力和儲能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著新能源汽車、可再生能源及分布式電站技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池在新能源汽車、可再生能源接入及小型分布式電站方面的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。
二、關(guān)鍵技術(shù)
電極材料是鋰離子電池的重要關(guān)鍵技術(shù)，與電池成本和性能密切相關(guān)。鈷酸鋰離子電池由于材料價格昂貴、安全性差而被放棄用于大功率大容量的應(yīng)用。錳酸鋰離子電池有低成本、高性能的優(yōu)勢，產(chǎn)品安全性較鈷酸鋰離子電池高，是熱門的電動汽車電池備選技術(shù)。磷酸鐵鋰離子電池具有較穩(wěn)定的氧化狀態(tài)，安全性能好，高溫性能好，同時又具有無毒、無污染、原材料來源廣泛、價格便宜等優(yōu)點，是目前最熱門的電動汽車電池技術(shù)之一，也是電力儲能系統(tǒng)的熱門候選技術(shù)之一。有關(guān)用于大規(guī)模儲能的鋰離子電池，其關(guān)鍵技術(shù)還包括電池系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)、電池系統(tǒng)的集成和成組技術(shù)、電池組測試技術(shù)等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
三、應(yīng)用現(xiàn)狀
鋰離子電池的概念是在1960年代提出的，當(dāng)時貝爾實驗室開發(fā)出一種可以替代鋰金屬電極的碳陽極，從而使這個想法變成了現(xiàn)實。自1991年索尼公司成功實現(xiàn)鋰離子電池商業(yè)化后，鋰離子電池在電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著材料和電池技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池在電動汽車、儲能電池、等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。目前，日本的索尼、三洋（已和松下合并）、日產(chǎn)AESC公司、韓國三星SDI和LG化學(xué)等都在大力發(fā)展錳酸鋰離子電池。美國的A123公司在2008年率先開發(fā)出2MW的鋰離子儲能電池，AltairNanotechnologies公司已建立1MW/250kWh的拖車式鋰離子電池儲能系統(tǒng)。目前，全球已有約18MW鋰離子電池儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行，用于工程示范或電網(wǎng)服務(wù)。以比亞迪、力神、比克等公司為代表的我國公司積極投入了鋰離子電池的研發(fā)和生產(chǎn)，并取得良好進展。國家電網(wǎng)公司在上海世博會期間建成了100kW鋰離子電池示范系統(tǒng)并網(wǎng)運行，由國網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院主持、發(fā)改委投建的張北國家風(fēng)電監(jiān)測研發(fā)中心，擬用18MW鋰離子電池試驗儲能對風(fēng)電場發(fā)電及其電網(wǎng)接入的用途。南方電網(wǎng)已建成4MW鋰離子電池儲能示范電站，其重要功能定位為移峰填谷。
四、發(fā)展趨勢
在鋰離子電池研究方面，重要是通過控制粒子的尺寸、組份、結(jié)構(gòu)及形態(tài)，以提高電池的電極及電解質(zhì)的性能。在電極材料研究方面，重要是與碳涂層技術(shù)相結(jié)合，將電化學(xué)活性材料降至亞微米或更小尺寸以實現(xiàn)核殼形態(tài)的電極。其他新技術(shù)，包括納米合金負電極鋰離子電池、基于硅的鋰離子電池、有機電極材料鋰離子電池以及鋰空電池也陸續(xù)出現(xiàn)。
