2.6　储能型锂离子电池的发展现状

锂离子电池因比能量/比功率高、寿命长、充放电速度快、反应灵敏、转换效率高等特点被视为最具竞争力的化学储能技术之一，成为新型化学储能技术的研究热点和重点，发展势头最为迅猛。在千瓦·时～10⁵千瓦·时百MWh的储能领域，目前已显示出支配地位。

2008年，美国A123 Systems公司（现在已被中国万向集团收购）开发出H-APU柜式磷酸铁锂电池储能系统，主要用于电网频率控制、系统备用、电网扩容、系统稳定、新能源接入等的服务，2MW容量系统已服务于AES的南加利福尼亚电厂；2009年，该公司为AES Gener在智利的阿塔卡马沙漠的Los Andes变电站提供了12MW的电池储能系统，并投入商业运行，主要用于调频和系统备用；2010年，A123 Systems将继续向AES提供44MW的电池储能系统。南加州爱迪生电力公司（Southern California Edison）于2009年8月投资6千万美元（其中2.5千万美元由美国能源局补贴），利用A123 Systems的设备建设当今世界上最大的锂离子电站（32MW·h）；印第安纳州的Power ＆ Light公司于2008年7月对美国另外一个主要锂离子电池生产商Altairnano公司的两个1MW/250kW·h（4C充放）的锂离子储能系统进行了测试。

三菱重工已开发出日本第一个大容量、可移动储能系统。包括锂离子电池以及控制系统在内的整个储能系统安装在一个置于拖车上的20ft（1ft=0.3048m）长的集装箱内，该储能系统的额定功率和容量分别是1MW、0.408MW·h。韩国也投入了大量资金用于储能研究。三星的锂离子电池已经被安装在济州岛智能电网示范工程几个试点中。截至2011年6月，三星已经安装了20套3kW/7kW·h家用储能系统，另外30套在2012年就开始安装。三星还建立一个600kW/150kW·h储能系统用于电网稳定和快速充电站，该储能系统已在2010年11月开始运营。2011年，三星还完成了一个800kW/200kW·h系统用于风电平滑和移峰输出。韩国第二大锂离子电池制造商，LG化学公司的目标市场是家用储能市场。2011年4月，LG化学公司对外宣布了它的4kW/10kW·h聚合物锂电池系统于2011年晚些时候提供给了南加州爱迪生电力公司的一个智能电网示范工程。这些新项目的发展预示着韩国储能产业逐渐形成系统规模。

国家电网在河北省张北投资建设了集风力发电、光伏发电、储能电站、智能变电站一体化的“风光储输示范工程”。其中风力发电100MW，光伏发电40MW，储能20MW。该示范项目安装了磷酸铁锂储能装置14MW（共63MW·h）。该装置分布于占地8869m²的三座厂房内，共分为九个储能单元。整套磷酸铁锂装置共安装电池单体27.456万节。截止到2014年，全球已有约450MW锂离子电池储能系统并网运行，用于工程示范或电网服务。

锂离子储能电池的快速发展实际上得益于锂离子电池产业链的完善以及动力电池的发展。动力电池的性能指标要求比储能电池高，储能电池更强调成本、寿命、能量效率。目前多数企业采用动力电池的电芯用于锂离子储能电池系统。

锂离子储能电池主要需要解决的是安全性、寿命、低成本。寿命、安全性和成本很大程度上取决于其电极材料体系的选择和匹配。因此，选择长寿命、高安全、低成本的材料体系是当前的锂离子储能电池的重要技术。

锂离子电池的能量效率可以达到94%～98%。从电池的寿命和成本而言，目前，磷酸铁锂/钛酸锂电池的寿命可以达到2万次，但成本较贵，电芯成本接近4元/（W·h）。磷酸铁锂/石墨电池寿命达6000次，高温循环寿命为4000次，可以满足储能的应用需求，其电芯成本可以控制在1.5～2元/（W·h）。锰酸锂/石墨电池的循环寿命可以达到3000次，其电芯成本可以控制在0.8～1.2元/（W·h）。三元与锰酸锂复合的正极材料匹配石墨负极的电池循环寿命可达2000～3000次，其电芯成本可以控制在1～2元/（W·h）。上述电池体系均已作为动力电池获得较为系统的研究，目前通过陶瓷隔膜、添加剂、电芯和模块外围涂覆材料、BMS多重技术的实施，电池安全性已经显著提高，完全可以满足储能电池应用的需求。

更为重要的是，研究表明，动力电池使用之后可以进一步应用于储能电池，实现梯级利用。动力电池在储能系统中的再利用，会显著降低储能电池的成本，可以低至0.2～0.4元/（W·h）。而大容量锂电池的广泛使用，对最终的电池回收也提供了便利条件。因此，从锂的资源上解除了顾虑，并形成完整的产业链。

目前锂离子电池用于储能电站，单一电站的容量已达到64MW·h的水平，系统效率达到88%，系统成本在3～6元/（W·h）。可以实现对电池模块、系统的精确管理，储能系统响应速度在几十毫秒，寿命可以达到2000～6000次，浅充浅放寿命会更长。作为规模储能，锂离子电池储能系统在运行过程中尚未出现安全性事故。锂离子电池的模块化特点以及集装箱的形式可以方便地实现从百瓦·时级到百兆瓦·时级的应用，而且既可以固定，也可以移动。可以满足多种工业和家庭用储能的需求。目前锂离子储能电池技术水平的体现主要是技术经济性、寿命、可靠性。锂离子电池储能系统的核心技术是电芯技术、成组技术、电源管理技术、逆变器技术。电芯技术的关键主要是一致性、成本控制和电化学性能。目前韩国三星的2.0A·h 18650电芯成本降低到0.75元/（W·h）的水平，主要受益于电池材料较低的采购价格，电芯制造较高的直通率，高度的自动化，较低的综合制造成本。目前我国的企业也能达到这一技术经济性指标，只是单一企业的规模相对较小，电芯制造设备水平与日韩比还有较大差距。我国的电芯制造企业，在工信部的支持下，目前正在发展自主的数字化电芯制造工厂，这个差距应该会在未来5年显著缩小。

目前具有较高利润的储能市场为数据中心、家庭备用电源、通信基站储能、机械能回收、调频等。我国基本上都已有示范及应用的经验。综合而言，储能技术受制于用户对成本的考虑，利润不会太高，盈利取决于规模和资源的掌控，从长远考虑，我国应该具备显著的后发优势。