储能电池技术的主要进展

4月24日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会等单位联合主办的第七届中国国际储能大会在苏州盛大召开。

本次大会以“加快储能产业发展，推动能源结构转型”为宗旨，汇集1000名以上行业精英，共同探讨储能产业未来发展趋势，中国工程院院士杨裕生先生发表题为《我国储能电池技术的主要进展》的主题发言。

杨裕生：各位同志上午好，我今天想讲一下《我国储能电池技术的主要进展》因为储能电池可以包括动力电池，但是我今天不想谈动力电池的问题。

储能电池我讲四个问题，刚才李教授谈了总的能源的发展，就像未来的能源就是绿色低碳化，要用可再生能源发电，可再生能源主要是太阳能和风能，其他的能量也可以加以利用，但是规模要小的多。风能、太阳能发电受到季节、昼夜、天气等因素的影响，它有几不稳，功率不稳，造成了电能的质量下降，增加了调峰的负担，现在弃风弃光很严重，所以要用储能来缓解风能、太阳能发电的上述问题。大规模储能应该具有的性能，最主要是高安全性。当然长寿命、低价格、高能效也很重要，特别是高能效，一度电经过储能装置之后，还能够回出来几度电，另外容易维护、比能量、比功率、高低温性能、环境友好这些也很重要，但是我觉得还是属于第二个层次的问题。

现在的物理法主要是抽水蓄能，它的效率大概可以是4度电进去，3度电出来，其他的一些物理储能的方法能量效率还比较低，需要很好的发展提高。

化学方法主要是蓄电池，最近也有转为氢气的这种做法，能量转换效率大概可以到60%。储能电池的转换率比较高，但是缺点也不少。

第一个是铅酸电池依靠技术进步增强活力，中国工程院能源与矿业学部与中国电池工业协会从2010年起共同主办了四届铅酸电池新技术研讨会，每两年一次。围绕延寿、摘帽、加力三大人物一交流新技术，延寿就是延长电池寿命，摘帽子就是把铅酸电池行业的污染帽子要摘掉，加力就是提高铅酸电池的性能。

这几年在下面几个方面有特殊的一些进展，一个是交流了负极添加活性炭作为铅炭电池，这几年进展很大，这个问题解决了负极硫酸盐化的问题，第二是交流了铅、稀土合金和铅、石墨硒合金，解决了正极板腐蚀和活性物质软化的问题。第三个是生产自动化、精密化、清洁的技术，在这方面水平有很明显的提高。第四个是湿法再生，解决了烟尘污染问题，提高了回收率。

铅炭电池现在已经引起了政府部门的重视，工信部在2014年列入强基工程，支持双登和南都两家，每家都有两千万左右，推动了铅炭电池的发展。

目前铅炭电池的储能已经开始商业运行，我们提出来一个经济指标的计算公式，YCC指标大于1的话，储能就有利可图。

电池不同的运行参数，主要是充的深度，会产生不同的经济效益，所以要搞清楚电池充放的深度，与循环寿命和转换效率的关系，这是优化需电站经济效益的技术关键，有很大的潜力，所以这个问题我觉得是应该很好的去研究解决，也就是说要很好的控制充放电深度。

现在能够核算到铅炭电池在1.45，也就是储能毛利率可以到45%。

这是去年做的几个大的电站，最大的到100兆瓦时。

改变电力部门的观念，电力部门都认为电池蓄电不能做大规模解决问题，这个观念要开始改变了，也就是说电池是有可能大规模蓄电的。

关于湿法回收废铅电池的新技术，他们取了一个“原子经济法”的名字，也就是说把所有材料从原子的角度把它充分利用，是北京化工大学和超威集团合作的，这也是从2010年开始推动的技术。这个技术可以和传统的过程进行对比，传统的过程是铅膏、脱硫，做成氧化铅再做成粗铅，再电解精铅。电池厂买了精铅之后，把这个精铅做成铅球再做成氧化铅，最后去做铅膏。这样一个传统的过程非常长，而原子经济法它是从废铅膏一步就做成氧化铅，所以这个新工艺有很大的优点，第一个优点就是没有高耗能的高温冶炼，电解和球磨，节能22%，第二避免产生PM2.5铅粉尘、铅渣和有毒氟化物，第三铅回收率从95%到77%提高到大于99.8%，第四，电池企业可以从自身的废电池再生，直接取得原料。

第二个问题，介绍一下液流电池体系繁多，竞争是好事。大家都知道液流电池现在做的更多的是全钒液流电池，因为都是钒所以就没有什么污染的问题，它的安全性高，寿命长，大连融科2012年演示了5兆瓦到10兆瓦时的项目，去年开始建设200兆瓦和800兆瓦时的新项目，总的投资是35亿。相当于每个千瓦时的电投资4500块。但是正是因为它的建筑费用高，能效比较低，号称是75%，其实它自己还要消耗一部分电，它的维护比较烦，另外钒有毒，放电倍率比较低。如果寿命是一万次，效率70%，它的毛利率大概是15%。

苏州常熟有一个久润公司，他们研发的铬混铁的体系，铬混铁是美国NASA最早提出来的一个液流电池的概念，也就是正级是3价2价铁，负极是3价2价铬，中间有个离子交换膜，这个体系当中就有一个铬和铁的互相干扰污染的问题。但是现在他们做的是允许正负极离子互串，也就是说它在铁的溶液里面加了铬，在铬的溶液里面也加了铁，铁的溶液里面的铬始终处于3价铬的状态，铬里面的铁始终处于2价的状态，这样也像全钒液流电池一样，就让它离子串来串去，都不影响系统的操作。这是他们已经做的30千瓦的电堆，和60千瓦的系统。这是电池的工作性能。

我在这里把铬铁电池盒全钒电池做一个比较，主要的比较就是铬铁电池的性能，全面的优于全钒电池，这个概念我希望能够很好的引起注意，因为全钒电池现在非常热，而铬铁电池还没有引起足够的重视。主要的问题是铬铁电池它只需要用阳离子交换末，这个比较便宜，在电堆里大概只占10%的成本，而全钒电池因为它里面的磺酸膜很贵，大概占到电堆成本的一半左右。其他的像系统的能量准换效率这些问题，都可以看到铬铁电池要比全钒电池优越。

锌镍单液流电池，这个电池不需要隔膜，它只有一个电解液，它不含有毒的物质，另外结构也简单，它把现在的液流电池的内串可以改成外串，也就是改成普通的电池一样的，整个结构流简化了，因此没有旁路电流损耗，在现在的液流电池里面，有内串就有旁路电流损耗。

在张家港的智电芳华研究所公司就开发了300Ah的单体，做了降价和延寿的工作。现在美国城市大学也跟随开发，进行了工程化的计划。中科院大连化物所还有日本也开始研究这种电池，这种电池可以说有一定的特色。现在已经建成了年产1兆瓦时的示范生产线。所以液流电池已经开始竞争的状态。

第三个问题，电动车推动了锂离子电池的梯次利用，这个梯次利用是应该进行的，主要因为它的量很大，我们电动汽车的发展很快。再有一个就是资源，我们国家稀缺钴、镍、铜，要重新例如。再有成本，锂离子电池的价格下降很快，但是最终还是有个限度。电动汽车补贴退坡后，锂离子电池降价压力更大，所以要通过梯次利用，爱惜资源，合理分担成本。旧的锂离子电池它的电池组情况复杂，不宜并联用于规模储能，所以把车子里面的电池并联起来作为规模储能这是不安全的，旧电池的寿命也不确定，所以难以估计它的经济效益。

我这个观点大家当然也可以讨论。

第二个问题我想讲锂离子电池已经开始梯次利用了，利用的方式主要是由大化小，把这个车子里面的模块拿出来，把电池包里面健康的电池模块降级利用，将残废的电池模块废弃，整个模块浪费就比较大了。

再一个是拆解利用，把已经坏掉的电池剔除，其余的电池再分级利用，比如充电宝，或者再组装成电动自行车电源，存在的问题主要是梯次利用率和工作效率要提高，也就是说要充分把这个电池利用起来，不要造成大的浪费。另外就是工作效率，因为这个要拆解工作量很大。

所以从生产的时候就要考虑为梯次利用提供方便，设计生产如果搞的很复杂或者很不规范，就给梯次利用提供了很多麻烦，所以电池厂或者成组厂或者汽车厂，要平等共商解决方案。这里强调平等，因为现在汽车厂太强势，什么都要听他们的，这样就让后面成组厂和电池厂的积极性不能充分发挥。

18650和26650等电池在焊接和拆解的时候容易损伤电池，另外这样一类电池的梯次利用的时候，工作量很繁重，所以下面要介绍一个技术就是圆柱型锂离子电池全免焊接组合技术，就是在做组合的时候就不焊接，第二解决焊接的时候损伤电池，同时也解决可靠的串并联的问题，这个是杭州波谱莱科技公司做的，这个技术的优点是全免焊接，绝对没有电芯焊穿短路的风险。第二全机械加工模式，批量生产成本低廉，第三，没有焊接设备，生产容易掌控，费用低廉，第四电芯的外观没有损伤，第五是电芯梯次使用，可以有效降低电池包的成本，他们申请了专利，现在有多家正试用他们的产品，进行了各种方式的合作，但是他们这个技术不买断。

最后一个问题想介绍一下安全的水体系新型电池正在大力发展，有机体系的锂、钠电池比能量高，但是要继续研究。但是在大规模应用当中，安全问题还是令人担忧的。水体系电池的安全性高，虽然它的比能量低一点，现在创新的动向是发展高安全性的水体系电池。我这里举了一些例子，复旦大学化学学院做的尖晶石锰酸锂混合电容器，清华大学深圳研究生院做了二氧化锰新离子电池，因为水体系里面。

水体系钠离子电池能量很丰富，但是容量比较低。

我们提出来一个规模储能水体系电池的新目标，这个目标就是安全性要高于现有的里电子电池，而其他性能和锂离子电池相当，比能量要大于铅酸电池，而价格相当，又不含有害物质，第三是使用方便性要优于液流电池，而全寿命期总的储能量和液流电池相当。我提出来这样一个目标请我们的团队进行研究，经过几年的努力，现在电池向比能量100瓦时每公斤前进。

现在做出来一个锌、锂、锰电池，由张家港智电芳蓄电研究所开发，正极是做的锂锰氧的材料，它里面锂和锰的数据都不一样。以Li锂2锰氧3为例，放电比容量可以达到600mAh/g，这个Li2MnO3在过去的锂离子电池里面，认为是一个惰性的材料，也就是说没有氧化还原的性能的，现在经过研究之后，在一定的条件之下它是有很高的比容量。而且在比较大的电流密度之下循环1200次，没有见到明显的衰减，并且表现出良好的倍率性能，计算的比能量，也就是正极和负极的计算比能量可以到每公斤458瓦时，如果有电池里面不同的充电量，就可以达到不同的电池比能量。如果是中间填充21.9%，电池就可以做到100瓦每公斤。这种新电池安全性高环境友好、比能量高、成本低，使用方便，具有锂离子电池、铅酸电池、液流电池的突出特点，而没有它们的缺点，专利实施许可已经转让给两大家公司，正在合力攻克锌枝晶的问题。希望更多的厂家来共同研发，估计三到四年之后可以用在规模储能。

规模储能站的按照性非常重要，因为电池堆积如山。

最后，动力电池以空前速度在发展，我们国家和国外都在大力的研究，而且我们国家的研究势头比国外还要强劲，但是对储能电池的支持比较少，这一点我们希望政府能够很好的重视。第二是安全性第一，要确保燃烧爆炸事故几率极低。第三，所有电池都用化学品，都可能产生污染问题，锂离子电池也有它的污染问题，包括生物的提取，六氟磷酸锂的生产，包括有机溶剂，这些都要引起重视，搞的不好就会污染环境。

第四，所有电池的污染和安全两类隐患，都要通过管理和技术进步消除，而非禁用了事。现在电动车的标准正在制订，有一种观点认为要禁止使用铅酸电池，铅酸电池进步很快，全世界都在用，我曾经在一个报告里面讲到，如果我们现在都不用铅酸电池，整个地球就瘫痪了，因为衣食住行各个方面都离不开铅酸电池。

政府要抓锂离子电池或铅电池的行业当中的污染治理，这个是政府义不容辞的责任，在过去的铅酸电池曾经是放任了相当长的时间，最近几年政府部门有改进，但是还需要继续改进，锂离子电池的问题现在更需要重视。

废锂离子电池的对重处置问题迫于眉睫，这个工作现在有进展，湖南已经有一个厂处理废电池，利润还可以，做酸盐的锂离子废电池处理可能比较好一点，磷酸铁锂差一点。

谢谢大家！

本文根据嘉宾发言录音整理，未经本人审核。