锂离子电池的发展及影响其安全性和可靠性的因素
来源：宝鄂实业
2020-01-11 21:02
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锂离子电池的发展及影响其安全性和可靠性的因素
中国的锂离子电池生产能力正在迅速增长，但规模的扩大使得确保锂离子电池的安全和质量变得非常重要，尤其是在多起电池起火和韩国市场停滞之后。清洁能源协会(CEA)发布了其2019年BESS供应商市场情报项目报告，该报告涵盖了40家供应商，旨在帮助买家了解供应商的情况。以下是影响锂离子安全性和可靠性的一些因素。
韩国电池装置发生的一系列火灾引发了全球能源存储行业投资者的担忧，并促使人们重新关注安全与质量。照片:比亚迪
自2010年以来，锂电池价格下跌了约85%。据CEA预测，到2030年，全球对锂离子电池的需求将超过每年2000千兆瓦时。尽管大部分需求预计将来自电动汽车，但其中5%至10%将来自固定电池储能系统(BESS)。而其他储能技术更适合长期使用和低成本将在可再生能源的更高层次渗透,锂离子似乎暂时领先技术,因为其采用的大规模效益电动车行业,允许低成本、标准化。
与此同时，人们重新开始关注质量和安全，不再依赖资产负债表担保和少数供应商。从上游的工厂电池质量控制到更全面的尽职调查，如系统设计和防火，正成为电池公司和监管机构的原则问题。
几个锂电池
锂离子电化学有许多变体(LMO、LTO、LCO、NCA、NCM、LFP)，但只有镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA，仅松下和特斯拉使用)和磷酸铁锂(LFP)实现了大规模的储能系统。
电池的类型在某种程度上取决于地区。对于韩国供应商来说，镍钴锰(NCM)是BESS的主要选择，到2019年底，其年生产能力预计将达到54GWh。在北美，特斯拉的Gigafactory1年生产能力为34GWh的松下NCA21700圆柱形电池，主要用于特斯拉的电动汽车产品。
中国供应商拥有强大的镍钴锰(NCM)和磷酸铁锂(LFP)电池的制造能力，甚至包括一些镍钴铝(NCA)，而且生产线可以相对容易地在化学品之间切换。LFP的化学性质决定了它的安全性，降低了热失控的风险。然而，由于能源密度是扩大电动汽车使用的最重要因素，中国已转向更高能源密度的镍钴锰(NCM)电池。即便如此，出于安全考虑，LFP电池在某些运输领域是强制性的。
目前，LFP仍然是BESS供应商在中国的重要选择之一。一些企业提供的LFP细胞比NCM细胞具有更长的生命周期。更重要的是，LFP电池不含钴，有一个内在的更稳定的成本路线图。钴供应链不稳定主要是因为世界上60%的供应来自刚果民主共和国,一个关键因素在最近价格的上涨镍钴锰电池(不合格品),和中国供应商非常不愿意供应大贝丝,因为它增加了大型系统的热失控的风险。
对于LFP来说，它的缺点是能量密度较低，但是它的优点是更稳定，更低的原材料成本，更高的循环寿命，更低的热失控风险，这使得它在能源存储中占有一席之地。可以预见，中国将对磷酸铁锂电池严格执行LFP，而韩国将严格执行NCM锂电池。
此外，由于钛酸锂电池仅适用于高充放电率、高循环等特殊应用，因此被认为是“替代品”，但目前还没有得到广泛的应用。很多业内人士认为，钛酸锂非常适合军工行业，因为军工行业对电池稳定性要求很高。
安全和质量
今年早些时候，韩国报道了23起蓄能电站火灾，起因是该国急于安装大规模蓄能设施。贸易、工业和能源部(MOTIE)对新安装的设备随意施加限制，并严重限制现有设备的操作条件。莫蒂随后进行了6个月的调查，并于6月公布了调查结果。调查发现，火灾的可能原因包括保护措施不足、监管不力
新型无重金属锂电池材料即将问世?物料或海水
锂电池虽然为人类摆脱石油燃料做出了巨大贡献，但在应用中也逐渐暴露出其弊端。目前，电池技术瓶颈是制约其发展的主要原因，在能量密度、温度特性、使用寿命等方面都难以突破。锂离子电池作为清洁能源的重要组成部分，近年来被越来越多的行业所使用。随着锂离子电池需求的增加，后续产生的大量废旧电池将对生态环境产生严重影响，环保“短板”需要尽快填补。
IBM最近宣布，它正在开发一种新的电池概念，它比锂离子电池更适合人类和环境。这种新电池的研发不依赖于重金属。IBM表示，这种新材料将与电解质一起工作，以限制短路条件，使其更安全地生产和使用，并提供一种更清洁、更高效、更安全的锂离子电池替代品。
IBM的新电池技术基于从海水中提取的三种未公开的材料，以取代昂贵且污染严重的重金属钴、锰和镍。该技术具有充电速度快、功率密度大、能量密度高、可燃性低等特点。5分钟内充电率可达80%，不影响放电容量。它的功率密度高达每升1万瓦，远远优于锂离子电池技术，每升的能量密度超过800瓦时，与现代的锂离子电池相差无几。由于易燃性能低，可广泛应用于飞机、电动汽车、卡车和智能电网中。
IBM负责研究的副总裁Jeff welzer说:“我们确实计划在一年左右的时间里制造出第一个工作原型，但是这个设计最终能否成功还不清楚。”
IBM与梅赛德斯-奔驰(mercedes-benz)的研究部门、电池电解质供应商CentralGlass和电池制造商Sidus合作，对新的设计项目进行商业开发。
