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锂电池开发的因素,影响他们的安全性和可靠性

锂电池开发的因素,影响他们的安全性和可靠性

来源:
2021/04/13 09:13
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【摘要】:

  以及影响其安全性和可靠性的因素

  中国锂电池产能正在迅速增长,但这种扩张使得确保锂电池的安全和质量变得非常重要,尤其是在韩国市场发生多起电池起火、电池停产之后。清洁能源委员会(CEA)发布了2019年BESS供应商市场情报项目报告,该报告涵盖40家供应商,旨在帮助买家了解他们的供应商。以下是影响锂离子安全性和可靠性的一些因素。

  韩国电池设施发生的一系列火灾,引发了全球储能行业投资者的担忧,促使他们重新关注安全性和质量。摄影:比亚迪

  自2010年以来,锂电池的价格已经下跌了约85%。CEA预测,到2030年,全球对锂电池的需求将超过每年2000吉瓦时。虽然大部分需求预计将来自电动汽车,但其中5%至10%预计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渗透在更高水平的可再生能源,锂离子似乎暂时领先技术,因为它采用大规模电动汽车行业的好处之外,允许低成本、标准化。

  与此同时,人们重新关注质量和安全,不再关注资产负债表保证和少数供应商。从上游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

  锂离子电化学有很多变种(LMO、LTO、LCO、NCA、NCM、LFP),但只有镍钴锰(NCM)、镍钴铝(NCA,仅供松下和特斯拉使用)和磷酸铁锂(LFP)实现了大规模的储能系统。

  电池的类型在一定程度上取决于地区。在韩国供应商方面,镍钴锰(NCM)是贝斯的重要选择,预计到2019年底,其年生产能力将达到54GWh。在北美,特斯拉的超级工厂生产34GWh的松下NCA21700圆柱形电池,这对特斯拉的电动汽车产品非常重要。

  我们的供应商在镍钴锰(NCM)和磷酸铁锂(LFP)电池,甚至一些镍钴铝(NCA)电池的生产能力很强,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和降低热失控的风险。然而,由于能量密度是扩大电动汽车使用的最重要因素,该国已转向更高能量密度的镍钴锰(NCM)电池。即便如此,出于安全考虑,LFP电池在某些交通领域还是强制性的。

  目前,LFP仍然是中国BESS供应商的重要选择之一。一些公司提供的LFP细胞比NCM细胞有更长的生命周期。更重要的是,LFP电池不含钴,而且具有更稳定的成本路线图。钴供应链的不稳定是很重要的,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的价格上涨nickel-cobalt-manganese电池(路基),和中国供应商非常不愿意供应大海湾,因为它增加了大型系统的热失控的风险。

  LFP的缺点是能量密度低,但优点是更稳定,原材料成本更低,周期寿命更高,热失控风险更低,在储能中占有一席之地。可以预见,中国将严格实施磷酸铁锂电池LFP,韩国将严格实施NCM锂电池LFP。

  此外,由于钛酸锂电池只适合于高充放电率、高循环次数等特殊应用,因此被认为是替代品,但尚未得到广泛应用。许多业内人士认为,钛酸锂非常适合需要高电池稳定性的军工行业。

  安全和质量

  今年早些时候,韩国报道称,在该国匆忙安装大规模存储设施的过程中,存储工厂发生了23起火灾。贸易、工业和能源部(MOTIE)武断地对新装置施加限制,并严格限制现有设备的操作条件。莫蒂随后进行了为期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充分和监督不力

  新型无重金属锂电池材料即将问世?材料或海水

  尽管锂电池为摆脱石油燃料做出了巨大贡献,但它的缺点在应用中逐渐暴露出来。目前,电池技术的瓶颈是制约其发展的重要原因。在能量密度、温度特性、使用寿命等方面难以突破。锂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使用。随着锂电池需求的增加,大量的废旧电池将对生态环境造成严重的影响,应尽快填补环保的不足。

  IBM最近宣布,它正在开发一种新的电池概念,它比锂电池更适合人类和环境。这种新型电池的开发不依赖于重金属。IBM表示,这种新材料将与电解质一起工作,以限制短路条件,使它们的生产和使用更安全,并提供一种更清洁、更高效和更安全的锂电池替代品。

  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、功率密度高、能量密度高、可燃性低的特点。5分钟内充电率可达80%,不影响放电容量。它的能量密度为每升10,000瓦,远远优于锂电池技术,其能量密度超过每升800瓦时,与现代锂电池相当。由于其可燃性低,可广泛应用于飞机、电动汽车、卡车和智能电网。

  IBM负责研发的副总裁Jeff Welzer说:“我们确实计划在一年左右的时间内制造出第一台样机,但设计是否成功还有待观察。”

  IBM正在与梅赛德斯-奔驰的研究部门、电池电解质供应商CentralGlass和电池制造商Sidus合作,开发新的商业设计项目。

 

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