5月19日至21日，“第八屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)”在深圳隆重召開(kāi)， 來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、西班牙、日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項(xiàng)目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會(huì)。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員黃學(xué)杰在儲(chǔ)能電池專(zhuān)場(chǎng)，發(fā)表了題為“鋰離子儲(chǔ)能電池的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)”的精彩演講。

演講內(nèi)容如下：

黃學(xué)杰：

各位嘉賓，早上好!今天借此機(jī)會(huì)介紹鋰離子電池的情況，我們知道鋰離子電池是儲(chǔ)能技術(shù)，今年儲(chǔ)能得到比較多的重視。我們的儲(chǔ)能電站在不斷的建，除了儲(chǔ)能電站外，鋰離子電池建起來(lái)的比較多，無(wú)論是家用還是所謂集中試，集中試已經(jīng)達(dá)到百兆瓦級(jí)。

為什么這兩個(gè)技術(shù)發(fā)展比較快?一是大規(guī)模，二是低成本、分布式。現(xiàn)在二者開(kāi)始競(jìng)爭(zhēng)，鋰離子電池尤其重要優(yōu)勢(shì)。其他的儲(chǔ)能技術(shù)，包括液流電池是百分之七十，鋰離子電池是百分之九十左右。

電池是效率最高的儲(chǔ)能方式，電池有很多種，我們這里談到的是儲(chǔ)能電池。鉛酸、鋰離子都用在儲(chǔ)能上，分布式電池儲(chǔ)能建得比較多的是鉛酸和鋰離子。鉛酸和鋰離子的區(qū)別，鋰離子發(fā)展較快。鋰離子的特點(diǎn)是在寬充放電范圍有很好的壽命。上圖顯示，鋰離子長(zhǎng)期儲(chǔ)能不會(huì)100%的DOD，長(zhǎng)期的儲(chǔ)能一般情況下是75%DOD，不可能把它放完，也不可能把它充滿。75%DOD的壽命非常長(zhǎng)。如果鉛酸電池要到達(dá)同樣的壽命，不能超過(guò)30%，實(shí)際可用容量較低。你可以把鉛酸電池提高深度，用到80%，比你強(qiáng)一點(diǎn)，但你的壽命恐怕下去了。我在考慮同等壽命的同時(shí)，放電深度的情況下，每瓦時(shí)的鋰離子電池，其成本低于鉛酸電池。暫且不說(shuō)別的好處，這是今天儲(chǔ)能鋰離子電池發(fā)展得最快。

電池有不同的材料構(gòu)成，70%的成本來(lái)自于材料，甚至超過(guò)一點(diǎn)。嵌入式的正負(fù)極材料決定了鋰離子電池性能，材料的種類(lèi)有很多，在電動(dòng)車(chē)方面，我們知道有鐵鋰。能做電池材料的物質(zhì)有很多，很多鋰化合物、磷酸鐵鋰等都可以做正極材料。很多能跟鋰產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，都可以作為負(fù)極材料，所以有了石墨材料、碳材料、合金材料等。

儲(chǔ)能最重要的是安全性，戶用儲(chǔ)能裝在家庭里。大型儲(chǔ)能可以建到百兆瓦級(jí)甚至千兆瓦級(jí)。它有著更高的效率，更快的響應(yīng)。電池里有很多易燃材料，添加負(fù)極會(huì)變成活潑的材料。要柴火能燒起來(lái)，我們需要火柴，火柴是強(qiáng)氧化性的。氧化性越強(qiáng)，手機(jī)電池正常情況下沒(méi)問(wèn)題，充滿電會(huì)變成高價(jià)氧化物，變成點(diǎn)火的火柴。我們的電池變得非常可靠，我們要防止電池出現(xiàn)種種的事故，事故是由電池過(guò)熱引起的。我們的正極材料充完電后具有強(qiáng)烈的氧化型，開(kāi)始引燃負(fù)極材料發(fā)生反應(yīng)，包括破裂、起火、爆炸，這非常危險(xiǎn)。

目前來(lái)講，我們無(wú)從選擇負(fù)極材料，碳酸鋰太貴。現(xiàn)在99%的電池用的還是碳材料。在負(fù)極材料和電解質(zhì)不能改變的情況下，談到電解質(zhì)，10年后還有固體電解質(zhì)。這時(shí)候正極材料變得非常重要，這么多的正極材料，我們優(yōu)先考慮最安全的正極材料，各有各的特點(diǎn)。一旦受熱后，充電正極材料和電解液會(huì)反應(yīng)，特斯拉的車(chē)最容易反應(yīng)，撞一次起火一次。NCA充完電后，氧化性最強(qiáng)。

什么材料最安全?磷酸鐵鋰，唯一一個(gè)材料，加熱后跟電反應(yīng)，撤下來(lái)溫度會(huì)自降，其他不可以，其他材料是加速的過(guò)程。今天磷酸鐵鋰作為主要材料，感謝這兩位老人。1997年，教授提出磷酸鐵鋰材料。1999年M.Armand教授提出納米化，由絕緣體變成電子電導(dǎo)性能，滿足電池需求的特點(diǎn)。今年10月份，美國(guó)專(zhuān)門(mén)舉辦了感謝他們的會(huì)議，我們都會(huì)參加。

這個(gè)會(huì)議主要是對(duì)MichelArmand表示敬意。在座很多人做鋰離子電池，很多人不知道鋰離子電池怎么來(lái)的，1971年在美國(guó)市場(chǎng)做出鋰石墨化合物。1972年時(shí)，正式在國(guó)際會(huì)議上發(fā)表概念，這是后來(lái)鋰石墨化合物。對(duì)于固態(tài)電池也有重要貢獻(xiàn)，1978年做博士論文時(shí)，談到聚合物固態(tài)電解質(zhì)。在1980年提出"搖椅式電池"概念，同時(shí)領(lǐng)導(dǎo)了加拿大Hydro-Quebec鋰聚合物電池技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作，至今4000余輛汽車(chē)在巴黎運(yùn)行。于1999年在美國(guó)夏威夷舉辦的第196屆國(guó)際電化學(xué)大會(huì)上報(bào)告了碳包覆可解決磷酸鐵鋰正極材料的導(dǎo)電性問(wèn)題，創(chuàng)辦Phostech實(shí)現(xiàn)了包碳磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化。固態(tài)電池可以用，但今天的固態(tài)電池不夠好，在經(jīng)濟(jì)上、性能上跟鋰離子電池有差距。經(jīng)濟(jì)價(jià)格應(yīng)該是10年后的事情。后面是他為磷酸鐵鋰做的貢獻(xiàn)。

不僅僅要選擇穩(wěn)定的磷酸鐵鋰材料，磷酸鐵鋰的車(chē)子也爆炸、起火過(guò)，在深圳被撞過(guò)。我認(rèn)為材料是一方面，電池結(jié)構(gòu)也非常重要。這是波音787的電池，飛機(jī)起火多少次，賠了很多錢(qián)。它當(dāng)時(shí)采用了一種材料，二者合起來(lái)導(dǎo)致了這個(gè)問(wèn)題。出的這么大的事故，在此暫且不說(shuō)細(xì)節(jié)。汽車(chē)出事賠償幾十萬(wàn)元，這個(gè)案子賠償了幾十萬(wàn)美金。

比轉(zhuǎn)讓式更好的結(jié)構(gòu)是疊片式結(jié)構(gòu)，雪佛蘭做了三十幾萬(wàn)臺(tái)車(chē)，用的就是這個(gè)結(jié)構(gòu)。之所以采用疊片式結(jié)構(gòu)，機(jī)片充放電的過(guò)程中有膨脹和收縮，韌力非常驚人。早年我們建議采用疊片式的結(jié)構(gòu)，疊片式結(jié)果的好處是明顯長(zhǎng)壽命。電池可以4C充電，5C放電。

10年前開(kāi)始，我們?cè)跉W洲法電測(cè)試中心做測(cè)試，6000次以上的壽命，100%DOD，還有80%。不僅在實(shí)驗(yàn)室里做得好，我們?cè)诠I(yè)上應(yīng)用，做了2000多臺(tái)共享租賃車(chē)。2010年有73臺(tái)車(chē)，2011年900多臺(tái)車(chē)，2011年放了1300多臺(tái)車(chē)。最短已經(jīng)用了5年多，最長(zhǎng)的用了將近8年。多的跑了2000多次，對(duì)車(chē)子做抽樣測(cè)試，現(xiàn)在電池的容量最低的有73%，證明磷酸鐵鋰電池可以滿足長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用。大家對(duì)儲(chǔ)能的信心比較足。

為了提升制造的技術(shù)，楊總也參與了這件事。科學(xué)院在離這里不遠(yuǎn)的地方，我們?cè)谀仙吵闪⒘斯财脚_(tái)，讓研究所從疊片開(kāi)始做研究和技術(shù)。

去年，我們做了改進(jìn)結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰電池。現(xiàn)在大部分用在儲(chǔ)能上，由于電動(dòng)車(chē)需要更高的能量密度，現(xiàn)在超過(guò)100Ah。這是在法電測(cè)試的結(jié)果，室溫跟45度的壽命都非常好，這是為長(zhǎng)期的儲(chǔ)能必須的。之所以能解決這個(gè)問(wèn)題，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)的不同。大部分的電池，一頭是正極和負(fù)極，這個(gè)電池有不同的設(shè)計(jì)。正極在負(fù)極在同一組，這么寬的極片，發(fā)熱是發(fā)在極耳的部位。負(fù)極的導(dǎo)電性很好，上面涂的是碳材料。正極用的是全極耳，熱可以分布均勻，大電流的工作，我們用紅外攝像儀看熱分布是非常好的。不僅溫度好，關(guān)鍵是導(dǎo)熱也很好，容易導(dǎo)熱。我們用緊密結(jié)構(gòu)做儲(chǔ)能，底部的熱可以輕易的傳出來(lái)，這是用固體，不是用風(fēng)扇吹。氣體傳熱是最慢的，液體傳熱比氣體快，金屬固體導(dǎo)熱是最快的。如果儲(chǔ)能系統(tǒng)用小風(fēng)扇，沒(méi)有風(fēng)扇可以在里面不停的轉(zhuǎn)十幾年。所以通過(guò)固體導(dǎo)熱非常好，它可以做致密儲(chǔ)能體系。三元能量密度高，你們說(shuō)的是比能量，我認(rèn)為這不對(duì)。我可以把軟包做成200多瓦時(shí)每公斤，鐵鋰也是250-260。從電池包的角度來(lái)講，鐵鋰和三元沒(méi)有太大區(qū)別。要講能量密度，每升多少小時(shí)。同樣的尺寸，集裝箱儲(chǔ)能柜，如果用鐵鋰，可以比三元多裝40-50%的能量。磷酸鐵鋰的能量密度比三元高40-50%。

這是我請(qǐng)法國(guó)電力的工作人員來(lái)看，一個(gè)40尺的柜子，用三元電池可以裝2.5兆瓦時(shí)，包括PCS功能等。鐵鋰電池在儲(chǔ)能上，密度經(jīng)過(guò)優(yōu)化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他電池。儲(chǔ)能系統(tǒng)將會(huì)有越來(lái)越多的應(yīng)有。

應(yīng)用場(chǎng)景之一：新能源消納解決方案

由于風(fēng)力與太陽(yáng)能的易變難以預(yù)測(cè)，不能提供系統(tǒng)慣量，使得電網(wǎng)系統(tǒng)越來(lái)越容易觸動(dòng)電力頻率波動(dòng)上限，使得電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性變?nèi)酢?chǔ)能系統(tǒng)能夠幫助可再生能源電站提高消納能力，在有效解決日益嚴(yán)重的"棄風(fēng)棄光"問(wèn)題的同時(shí)，在削峰填谷和改善新能源電站出力上也起著重要作用。

意義：幫助新能源電站進(jìn)行調(diào)峰;降低電網(wǎng)系統(tǒng)受新能源并網(wǎng)沖擊，減少電網(wǎng)壓力;吸收光伏及風(fēng)力產(chǎn)生的諧波，提高新能源發(fā)電的電能質(zhì)量，平滑間歇性波動(dòng)。

收益點(diǎn)：提高新能源消納能力，吸收棄光棄風(fēng)的電量，更改時(shí)間上網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)收益增長(zhǎng);平穩(wěn)電力輸出，減少電網(wǎng)壓力，提高發(fā)電預(yù)測(cè)精度，緩解電網(wǎng)擴(kuò)建壓力。

現(xiàn)在鋰離子電池儲(chǔ)備成本大概0.3元，很多企業(yè)已經(jīng)在用這個(gè)掙錢(qián)。

應(yīng)用場(chǎng)景之二：用戶側(cè)定制化解決方案

根據(jù)不同類(lèi)型需求為用戶提供一整套定制化儲(chǔ)能解決方案。通過(guò)儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷，優(yōu)化用電方案，響應(yīng)電網(wǎng)做需求側(cè)響應(yīng)，也可在緊急情況作后備電源使用。用戶側(cè)儲(chǔ)能有著廣闊的發(fā)展前景，其面向應(yīng)用類(lèi)型廣泛，從中小型工商業(yè)用戶到用電大戶以及對(duì)電

力質(zhì)量要求極高的高精尖產(chǎn)業(yè)。

意義：為新能源用戶提高能源穩(wěn)定性和利用率;更大程度利用峰谷差價(jià);減小電網(wǎng)依賴程度，應(yīng)對(duì)高峰時(shí)限電;需求側(cè)響應(yīng)，減小電網(wǎng)壓力;電能源管理，改善電能質(zhì)量，可滿足特殊負(fù)荷的電能質(zhì)量需求;可作后備電源，并保證快速切換，應(yīng)對(duì)緊急情況。

收益點(diǎn)：峰谷差價(jià)套利：谷時(shí)充電，峰時(shí)用電;減少基本電費(fèi)：削減尖峰負(fù)荷，減少根據(jù)最大需量計(jì)量的基本電費(fèi);需求側(cè)響應(yīng)補(bǔ)貼：按照不同的地方政策，用戶可根據(jù)響應(yīng)降低的負(fù)載;功率獲取補(bǔ)貼;提高電能質(zhì)量，降低部分用戶精密設(shè)備損耗。

應(yīng)用場(chǎng)景之三：微電網(wǎng)儲(chǔ)能解決方案

微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。它作為完整的電力系統(tǒng)，依靠自身的控制及管理供能實(shí)現(xiàn)功率平衡控制、系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、故障檢測(cè)與保護(hù)、電能質(zhì)量治理等方面的功能。

意義：解決新能源發(fā)電的波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性問(wèn)題;對(duì)區(qū)域內(nèi)風(fēng)光柴多種能源實(shí)現(xiàn)整合與智能化監(jiān)測(cè)，控制與調(diào)度;建立微網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)并/離網(wǎng)運(yùn)行，無(wú)縫切換;開(kāi)發(fā)和延伸微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)新能源主動(dòng)適配主電網(wǎng)的一種有效方式，并使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過(guò)渡。應(yīng)對(duì)海島或偏遠(yuǎn)地區(qū)因電網(wǎng)薄弱或無(wú)主電網(wǎng)連接導(dǎo)致用電困難的問(wèn)題。

收益點(diǎn)：自發(fā)自用，減少用電電費(fèi);降低增容費(fèi)用;售賣(mài)減排達(dá)標(biāo)剩余的碳交易配額;減少海島或偏遠(yuǎn)地區(qū)柴油機(jī)發(fā)電及運(yùn)輸成本。

最近在電動(dòng)車(chē)上，150瓦時(shí)每公斤的電池包馬上要專(zhuān)車(chē)上公告，大家知道特斯拉的電池包能量也是這個(gè)水平。基于長(zhǎng)壽命、高安全的磷酸鐵鋰電池，在儲(chǔ)能方面會(huì)有更大的優(yōu)勢(shì)。科學(xué)院花了很多時(shí)間在研究它的提升、制造技術(shù)、材料技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)的示范。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件，我們?cè)诒本殡姵亟缃⒘碎_(kāi)放的實(shí)驗(yàn)條件。里面具備原子水平分析能力，電池企業(yè)、整車(chē)企業(yè)、材料企業(yè)已經(jīng)用到這些條件。我今天的報(bào)告到此結(jié)束，希望儲(chǔ)能行業(yè)能得到快速的發(fā)展。謝謝大家!

(本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核)