中國儲能網(wǎng)訊：近10年，全球發(fā)生了30余起電化學(xué)儲能電站事故，事故電站大多采用三元鋰電池。
不久前，國家能源局綜合司發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022年版）（征求意見稿）》，提出中大型電化學(xué)儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動力電池。
對于將這兩種電池從該領(lǐng)域“除名”，中國科學(xué)院電工研究所研究員、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會副秘書長陳永翀認(rèn)為，安全是首要因素，“電化學(xué)儲能的規(guī)模發(fā)展需要‘三好學(xué)生’，未來具有‘高安全、低成本和易回收’特性的儲能專用電池將會獲得大規(guī)模應(yīng)用”。
近年來，韓國儲能電站起火事故時(shí)有發(fā)生。作為韓國主流儲能產(chǎn)品，三元鋰電池正是引發(fā)事故的“頭號殺手”。
陳永翀告訴《中國科學(xué)報(bào)》，目前國外大中型化學(xué)儲能電站大多使用磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，而國內(nèi)基本上都使用磷酸鐵鋰電池。
對于我國明確禁止三元鋰電池在該領(lǐng)域的應(yīng)用，他解釋說，三元鋰電池?zé)崾Э販囟燃s200℃，高溫下電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)更為劇烈，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生氧分子，進(jìn)而加劇易燃?xì)怏w的燃燒，甚至可能在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生爆燃。
另一個(gè)被“除名”的還有鈉硫電池。2011年9月21日，日本茨城縣的鈉硫電池（日本NGK公司制）引發(fā)火災(zāi)事故。大火連燒兩周之久才得以撲滅。自此，鈉硫電池的發(fā)展也呈斷崖式下跌。
中科院物理研究所副研究員陸雅翔告訴《中國科學(xué)報(bào)》，高溫鈉硫電池于1968年由美國福特公司發(fā)明公布，2003年日本NGK公司實(shí)現(xiàn)了高溫鈉硫電池的商業(yè)化。
但鈉硫電池只有在300℃左右高溫下才能正常運(yùn)行，一旦陶瓷管破裂短路就會造成劇烈放熱反應(yīng)，可瞬間產(chǎn)生2000℃高溫，安全隱患較大。在全球范圍內(nèi)，目前只有日本NGK公司在生產(chǎn)該電池，缺少產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)?；?yīng)。
值得注意的是，政策還提出中大型電化學(xué)儲能電站不宜選用梯次利用動力電池。選用梯次利用動力電池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評估。
值得注意的是，據(jù)光大證券預(yù)測，2030年，三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池回收將形成千億元市場。其中，三元鋰電池回收市場空間在均價(jià)情況下將達(dá)600億元；磷酸鐵鋰電池的梯次利用和回收市場空間預(yù)計(jì)達(dá)480多億元。
對于不宜選用梯次利用電池的決定，陳永翀認(rèn)為主要是退役動力電池存在安全隱患。由于動力電池企業(yè)多，技術(shù)路線和產(chǎn)品規(guī)格不同，導(dǎo)致梯次利用電池的拆解、評估和組裝難度較高，且魚龍混雜，如果進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用容易造成安全事故。
寧波蔚孚科技有限公司董事長、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員夏永高向《中國科學(xué)報(bào)》透露，梯次利用技術(shù)的核心要求是保證目標(biāo)產(chǎn)品的品質(zhì)和安全，理論上可以通過編碼了解退役電池的歷史使用情況，但實(shí)際上這些數(shù)據(jù)很難真正得到。
他還指出，退役電池本身就具有不確定性，難以準(zhǔn)確評估電池長時(shí)間使用后的安全性。
“一些企業(yè)將梯次利用電池作為低速車動力電池使用，這也存在一定安全隱患。”夏永高認(rèn)為，未來梯次利用電池可以在對安全和壽命要求相對較低的小型儲能領(lǐng)域應(yīng)用。
隨著三元鋰電池在中大型電化學(xué)儲能電站的禁用，我國鋰離子電池市場會迎來動蕩嗎？
《中國鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)白皮書》指出，我國已連續(xù)五年成為全球最大的鋰電池消費(fèi)市場。2021年，全球鋰離子電池市場規(guī)模達(dá)到545吉瓦時(shí)，中國鋰離子電池市場規(guī)模約324吉瓦時(shí)，約占全球市場的59.4%。
工業(yè)和信息化部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年324吉瓦時(shí)的全國鋰離子電池產(chǎn)量中，消費(fèi)、動力、儲能型鋰電產(chǎn)量分別為72吉瓦時(shí)、220吉瓦時(shí)、32吉瓦時(shí)。鋰電總產(chǎn)值突破6000億元。
就儲能領(lǐng)域而言，截至2021 年底，中國儲能市場累計(jì)裝機(jī)功率43.44吉瓦，位居全球第一。電化學(xué)儲能裝機(jī)功率5117.1 兆瓦，占比11.8%。其中，鋰離子電池儲能技術(shù)裝機(jī)功率規(guī)模占比 91.0%。
進(jìn)一步聚焦動力電池，磷酸鐵鋰電池發(fā)展勢頭更為強(qiáng)勁。據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年國內(nèi)動力電池裝車量累計(jì)154.5吉瓦時(shí)，其中磷酸鐵鋰電池裝車量79.8吉瓦時(shí)，占比51.7%，超過三元鋰電池。
陳永翀說，三元鋰電池的發(fā)展得益于補(bǔ)貼政策的支持，2017年補(bǔ)貼政策引入能量密度要求后，能量密度更高的三元鋰電池成為車企首選。
但隨著近年來三元鋰電池循環(huán)壽命、成本方面的劣勢逐漸顯現(xiàn)，尤其是多起安全事故的發(fā)生，引起了市場對電池安全性的高度重視。
磷酸鐵鋰的能量密度近年來有所提升。陳永翀認(rèn)為磷酸鐵鋰電池占比的提升是市場選擇的結(jié)果，“這并不是政策主導(dǎo)了市場，而是政策反映了市場發(fā)展的趨勢”。
雖然磷酸鐵鋰電池安全性更高，但近年來也出現(xiàn)了一些火災(zāi)事故。2021年4月16日，北京市豐臺區(qū)發(fā)生儲能電站起火爆炸，事故造成兩名消防員犧牲，火災(zāi)直接財(cái)產(chǎn)損失1660.81萬元。半年后，北京市應(yīng)急管理局官方公布了調(diào)查結(jié)果，此次起火的直接原因系磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障。
因此，陳永翀強(qiáng)調(diào)，即使是磷酸鐵鋰電池也仍然需要在高安全、低成本和易回收方面有新的技術(shù)突破。
對于三元鋰電池在該領(lǐng)域的禁用是否會影響整個(gè)鋰離子電池的資本市場，夏永高認(rèn)為可能性并不大。在他看來，這一政策原本就在業(yè)界的共識和預(yù)期之內(nèi)。
對于鈉硫電池在我國的發(fā)展，陸雅翔則表示，高溫鈉硫電池目前在我國尚未開展應(yīng)用，在中大型電化學(xué)儲能電站領(lǐng)域的禁用，可能會使其研究速度放緩。
在上述電池被“除名”后，哪些電池有望在中大型電化學(xué)儲能領(lǐng)域嶄露頭角？
記者采訪多位專家后發(fā)現(xiàn)，鈉離子電池、液流電池、儲能專用鋰電池等或?qū)⒚摲f而出。
陸雅翔告訴記者，有機(jī)鈉離子電池、固態(tài)鈉離子電池和水系鈉離子電池都適用于中大型電化學(xué)儲能電站。
她解釋說，鈉離子電池所需的鈉資源豐富、成本低，且無過放電特性，安全性能更好。由于中大型電化學(xué)儲站對電池能量密度要求不高，能量密度偏低的水系鈉離子電池也有應(yīng)用空間。“此外，目前發(fā)現(xiàn)鈉離子電池的快充性能和寬溫適應(yīng)性也比較好?！?
2021年6月，依托中科院物理所成立的國內(nèi)首家專注于鈉離子電池研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)——中科海鈉發(fā)布全球第一個(gè)1兆瓦時(shí)（MWh）鈉離子電池儲能系統(tǒng)。陸雅翔就是這支“電池國家隊(duì)”的一員。她告訴記者，團(tuán)隊(duì)開發(fā)的鈉離子電池不需要在高溫條件下運(yùn)行，其工作原理和電池組件與鋰離子電池相似，可以稱為室溫鈉離子電池。電池的正極材料可選用過渡金屬氧化物、聚陰離子類材料、普魯士藍(lán)類化合物等，而負(fù)極材料目前通常選用無定形碳，鈉離子就存儲在正負(fù)極材料中。
釩電池是目前液流電池的典型代表。液流電池儲能技術(shù)是通過正、負(fù)極電解質(zhì)溶液活性物質(zhì)發(fā)生的可逆氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，具有輸出功率和容量可單獨(dú)設(shè)計(jì)、安全性高、壽命長和環(huán)境友好等特點(diǎn)。
此外，陸雅翔還提到了水系堿金屬/堿土金屬離子電池。她指出，水是天然的阻燃劑，水系電池在極端條件或電池?zé)崾Э貤l件下都不易發(fā)生燃燒或爆炸，符合儲能系統(tǒng)對安全性的要求，且具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。
回到鋰離子電池上，陳永翀認(rèn)為，基于磷酸鐵鋰材料的高安全大容量儲能專用電池將是國內(nèi)外電化學(xué)儲能技術(shù)的應(yīng)用趨勢。
陳永翀團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年探索，研發(fā)出適合大容量儲能的新型鋰漿料電池，電池全部或部分電極由漿料態(tài)的儲鋰活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和電解液構(gòu)成，并采用復(fù)合集流體、超厚電極和半開放電池結(jié)構(gòu)，從而徹底改變鋰離子電池的危險(xiǎn)品屬性。
2019年，新型鋰漿料儲能電池研究入選國家變革性技術(shù)方向之一，目前正在推進(jìn)示范建設(shè)。
“超大容量或超大功率儲能專用電池是產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向，未來仍需要綜合性的技術(shù)突破。”陳永翀說。
