关于储能电池的技术详解
来源：宝鄂实业
2019-09-02 11:09
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（1）材料技术
电池核心材料包括正极材料、负极材料和电解质材料，附属材料还包括隔膜、集流体和电池壳体材料等。在过去的三十年里，锂离子电池材料的研发主要集中在提升材料的能量密度、循环寿命和安全性能，开发低成本的材料制备技术;液流电池材料的研发主要集中在电解液和隔膜材料的改性。2006年铅酸电池领域开始了负极铅膏中碳材料添加剂的选择与改性，以发展储能用长寿命铅炭电池。
纵观储能电池技术的研究历史，虽然材料的进步能够带来电池性能的显着改善，但能够有实际效果的材料创新进程其实非常缓慢。尤其是实验室论文报道的材料性能，并不等同于实际电池的性能，两者之间往往有相当的差距。因此电池材料虽然很关键，但并不是电池技术研究的全部。目前储能领域技术工程类项目的立项过于看重了实验室的材料论文研究工作，忽视了与实际应用场景的对接，造成了科研工作与产业发展需求之间较大的脱节，应予以足够重视。
（2）结构技术
并非所有的电池都可以称为储能电池，系统功率在1KW量级以上的，可以称为储能电池;系统功率≥1MW，用于储能电站的电池称为电力储能电池。
储能电池结构技术包括电池单体内部结构技术和外部系统结构技术。与小型的消费类电子产品用电池不同，储能电池的结构更为复杂，具有系统串并联的要求和大功率大容量的特点。
现有储能和动力锂电池是由手机电池等微小型锂离子电池发展而来的，无论是圆柱型还是方型电池，从内部结构来看，所有类型的锂电池内部采用的都是粘接的薄膜电极结构，这给储能用锂电池性能一致性的设计带来了根本性的结构难题。另外，当电池报废回收时，只能把粘接电极全部粉碎，内部破碎的铝箔、铜箔材料以及Co、Li元素等需要重新用冶金方式回收，导致回收成本高，并存在酸碱废液污染处理的风险。因此，储能用锂电池的结构设计有必要借鉴融合铅酸电池、液流电池等大型电池的结构思路，由容易出问题的“娇小富贵”转变为安全可靠的“傻大笨粗”，从而适合大电流大功率的储能应用场景。
未来大型储能电池的研发还需要考虑电池内部结构与外部结构的融合设计。对于电力储能而言，应用端客户关心的是系统成本、系统效率、系统寿命和系统安全性，而不关心单体电池的能量密度或单体电池的循环寿命。因此，作为电池技术研发端，应主动考虑单体内部与系统外部结构的创新融合，通过内部结构的颠覆设计，减轻外部系统面临的成本和安全性压力。这将是未来储能电池结构技术研究的一个重要方向。
（3）制造技术
储能电池制造技术与电池结构设计密切相关。储能电池系统的串并联特性要求电池必须具备较好的一致性，因此生产工艺的智能管控尤为重要。如何用低成本的装备和工艺制造高性能的储能电池？这是一个矛盾问题，也是目前储能电池制造技术开发的关键问题。
现有的锂离子电池生产工艺是从过去磁带制造工艺过渡而来的，以适应电池薄膜涂覆极片的精度要求，加之电池产品型号五花八门，缺乏规范，导致了电池生产过程的材料利用率低、产品合格率低、设备运转率低、制造成本高。因此，未来需要结合电池结构的颠覆设计，从根本上降低储能电池生产工艺的复杂度和生产设备的参数要求，同时推进大数据、物联网技术与储能电池生产设备和制造工艺的融合发展，通过智能制造升级，规范制造工艺标准，严格控制产品质量，提高产品终检效率，降低储能电池的制造成本。
（4）应用技术
储能电池应用技术主要指BMS、PCS和EMS。BMS（电池管理系统）是电池本体与应用端之间的纽带，主要对象是二次电池，目的是提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电。PCS（电池储能系统能量控制装置）是与储能电池组配套，连接于电池组与电网之间，把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的系统。EMS（能量管理系统）是现代电网调度自动化系统总称，包括：计算机、操作系统和EMS支撑系统、数据采集与监视、自动发电控制与计划、网络应用分析。
目前很多储能示范项目的落地是由电池生产供应商与电网公司直接对接，并且缺乏责任认定标准和应用技术标准，这给后期的系统运维和可能的事故认定带来难题。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。
（5）修复技术
储能电池的修复技术包括电池系统的电气维修技术和在线再生技术。前者包括环境腐蚀修护、电气绝缘老化检测、电连接检测、温度压力传感维护和电池巡检技术等，后者是针对新型储能锂电池提出的新的技术方向。因为理论上讲，除了电池活性颗粒内部晶格紊乱问题以及集流体的腐蚀脱落问题，储能锂电池的其它界面问题都有可能通过在线再生的方式进行维护延寿。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。
（6）回收技术
任何电池都有使用寿命的期限。消费类小型电池目前国内的使用总量有几亿只，且大多数体积较小，废电池利用价值较低，加上使用分散，绝大部分被当作生活垃圾处理，存在污染隐患。报废后的储能电池不可能像消费类小型电池一样丢弃于环境中，必须做回收再生处理。
储能电池的回收技术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。目前，铅酸电池的回收再生技术比较成熟，但存在不规范回收环节的污染风险。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。
