详解储能电池的技术应用

我们先看大致的产业发展背景。首先，2017年是中国发展储能的共识之年，在这之前关于要不要发展储能存在很多争议。2017年《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》出台是一个标志，标志着中国储能春天的来临，2018年全球以及中国的储能项目迅速发展。其次，发展储能的核心是促进可再生能源消纳，在最近5年光伏风电发电成本快速下降，以及由于新能源汽车带动动力电池的成本下降，使得储能在原来一些缺乏竞争力的领域开始具备竞争力，储能的多重价值逐渐被体现。第三，储能春天已经来临，春天是萌芽、开花的季节，但是储能蓬勃发展的夏季还没有到来。现在各类储能技术，包括物理储能、电化学储能、化学储能和储热蓄冷已经纷纷开展示范和商业应用，在应用中展现了储能的优势，同时也发现了不少问题。尤其是电化学储能技术，应该说距离“低成本、长寿命、高安全、易回收”的总体目标还有相当的差距，有待技术创新和突破。

 

 

 

储能有六大应用场景，可再生能源并网，电网辅助服务，电网输配，分布式及微网，用户侧，以及一个非常特殊的用户侧：电动汽车VEG模式的供能系统。储能应用场景很多，大致可以分类储能的三大作用：第一，平滑间歇性电源功率波动，这样的场景需要功率型储能技术；第二，减小峰谷差，提高电力系统效率和设备利用率，这种场景下大部分需要容量型储能技术；第三，增加备用容量，提高电网安全稳定性和供电质量，这个需要的是UPS备用型的储能技术。当然还有第四类复合型的应用，尤其是电网侧应用，参与调峰调频和紧急备用，我们称它为复合型或者是能量型的储能技术。所以说，储能的应用场景是多元的。

 

 

 

因此，我们可以从应用要求反推储能电池的类型也可以分为四大类：容量型储能电池，功率型储能电池，能量型储能电池，以及备用型储能电池。根据电池使用的功率容量比值做一个区别，有利于我们发展不同类型的储能电池技术。尤其是备用型储能电池。目前来看动力电池的梯级利用从大到小是完全可能的，但是从小到大还是面临非常大的难度，它的一致性、安全性问题，以及成本面临非常大的挑战。但是，将动力电池梯级利用在一些备用型的储能场景还是有可能的。所谓备用型储能，可能一年的充放电次数也就那么几次，而不是每天都要进行充放电。

 

 

 

我们经常会谈到储能技术，尤其是储能电池技术。那么，到底什么是储能电池技术，它的技术内涵是什么？我总结了一下，储能电池技术应该包括六大内涵。

 

 

 

第一是材料技术，这是基础。但是对于储能电池来说，我特别想强调材料性能，尤其实验室研究的材料性能，跟实际的到未来做成大电池、进行储能应用的电池性能相差还是非常大的，所以千万不能把实验室材料性能等同于储能电池的性能，更不能等同于储能电池系统的性能。

 

 

 

第二是结构技术。相对消费类小电池来说，储能场景要求大功率、大容量。因此，未来储能电池的研发要充分考虑电池的内部结构和外部结构的融合设计，通过一些内部结构的创新发展减轻外部系统面临的成本和安全性的压力，这是未来储能电池结构技术研究的重要方向。希望我们的储能电池能够由“娇小富贵”变成结实耐用的“傻大笨粗”，以满足电力系统的实际场景需求。

 

 

 

第三，制造技术。尤其是锂离子电池，它的制造技术来源于以前的磁带技术，采用粘接薄膜电解结构，需要高精度的、非常复杂的、几百道的制造工序。未来如果想降低制造成本，还需要结合电池的结构技术创新，让整个制造环节变得简单，不要往复杂化方向发展。

 

 

 

第四应用技术。储能电池应用技术就是电力系统经常提到的、狭义上的电池储能技术，包括系统集成技术，BMS，PCS与EMS。应用技术非常重要，需要针对不同的应用场景开发相应的应用技术，积累应用数据，发现应用问题，评估应用经济。未来应该会出现以应用技术开发为核心的独立的储能电池系统应用服务商，负责储能系统的设计规划、租赁运维和报废回收，并与保险公司合作，承诺负责系统的使用寿命和运行安全。

 

 

 

第五再生技术。我们的消费类电池，寿命有三到五年就可以了，因为三到五年我们手机也要更换，电池寿命再长也没有多大意义。但是，电力系统对于电池储能系统要求十年甚至二十年以上的寿命要求，而十年对于我们电池来说几乎是现有技术的一个天花板。因此未来储能系统运行过程中，可能还需要开发新型的电池再生技术，延长储能电池的应用使用寿命。当电池使用一段时间后，可以通过正负极材料表面SEI膜原位修复、电解液的补充和更换等方式对电池性能进行再“激活”，延长储能锂电池的实际日历使用寿命。例如，锂浆料电池的浆料厚电极形态赋予了其在使用期进行在线再生的可能性。

 

 

 

最后一个，回收技术，这点非常重要。包括废旧电池的更换处理技术、安全运输技术、回收处理技术和资源再利用技术。锂电池的回收流程和技术还不成熟，需要与材料技术和结构技术相结合，发展方便回收再生的新型储能电池技术，在产品设计方面加以创新改进，从生产端提前考虑电池回收处理的环节，以实现储能锂电池产业的资源可持续发展，这一点具有重要的战略意义。这两天协会正在带着世行专家去考察现有的电池回收情况。包括更换处理、安全运输、报废回收以及资源再利用。我们知道报废电池的危险性比新电池的危险性高，电池报废以后怎么运回基地，有没有可能开发创新的技术?在电池报废前进行安全处理，使它绝对不可能燃烧爆炸，这是储能电池面临的新课题。

 

 

 

所以说储能电池的技术内涵非常丰富，这六大技术内涵需要我们从各个方面进行突破，而不仅仅是材料技术的突破。

 

 

 

行业痛点问题。储能电池的四大综合问题：成本高、寿命短、安全差、回收难。对于锂离子电池来说，它是一个粘接涂布薄膜电极结构以及内部极片并联后极耳引出的核心设计思路，所以给电池单体以及电池系统的一致性设计带来根本性的难题。昨天我们到科华，科华的陈总说纳米颗粒材料在电池中的应用需要纳米级的机械控制和电力控制，这个很有道理。这就要求现有的电池制造控制精度非常高。为什么？因为它的电极层厚度只有很薄的100多微米，里面包含纳米微米级的颗粒，所以要求高精度的控制，这样使得电池制造成本的降低有相当大的难度。因此需要创新技术，例如，开发容量型超厚电极技术，以降低对制造精密度的绝对要求，降低储能电池的制造成本。

 

 

 

因此我们说储能电池的发展，已经从当初对消费类电池的高能量密度的首要要求，逐步转变为对低成本的核心要求。电池在手机中的使用是刚需，手机离不开电池，因此电池便宜也好，贵也好，必须要用电池。但是，储能电池如果太贵的话电力系统可以不用，甚至可以用非储能的手段解决一些储能面临的问题。所以“低成本”成为我们储能电池发展的首要目标。