三元鋰被“除名”！誰是大型儲能“三好生”？

近10年，全球發生了30余起電化學儲能電站事故，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布《防止電力生產事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》，提出中大型電化學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域“除名”，中國科學院電工研究所研究員、中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會副秘書長陳永翀認為，安全是首要因素，“電化學儲能的規模發展需要‘三好學生’，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模應用”。

為何禁止？

近年來，韓國儲能電站起火事故時有發生。作為韓國主流儲能產品，三元鋰電池正是引發事故的“頭號殺手”。

陳永翀告訴《中國科學報》，目前國外大中型化學儲能電站大多使用磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，而國內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域的應用，他解釋說，三元鋰電池熱失控溫度約200℃，高溫下電池內部化學反應更為劇烈，反應過程中會產生氧分子，進而加劇易燃氣體的燃燒，甚至可能在極短時間內產生爆燃。

另一個被“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）引發火災事故。大火連燒兩周之久才得以撲滅。自此，鈉硫電池的發展也呈斷崖式下跌。

中科院物理研究所副研究員陸雅翔告訴《中國科學報》，高溫鈉硫電池于1968年由美國福特公司發明公布，2003年日本NGK公司實現了高溫鈉硫電池的商業化。

但鈉硫電池只有在300℃左右高溫下才能正常運行，一旦陶瓷管破裂短路就會造成劇烈放熱反應，可瞬間產生2000℃高溫，安全隱患較大。在全球范圍內，目前只有日本NGK公司在生產該電池，缺少產業鏈和規模化效應。

值得注意的是，政策還提出中大型電化學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，應進行一致性篩選并結合溯源數據進行安全評估。

值得注意的是，據光大證券預測，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情況下將達600億元；磷酸鐵鋰電池的梯次利用和回收市場空間預計達480多億元。

對于不宜選用梯次利用電池的決定，陳永翀認為主要是退役動力電池存在安全隱患。由于動力電池企業多，技術路線和產品規格不同，導致梯次利用電池的拆解、評估和組裝難度較高，且魚龍混雜，如果進行規模應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與工程研究所研究員夏永高向《中國科學報》透露，梯次利用技術的核心要求是保證目標產品的品質和安全，理論上可以通過編碼了解退役電池的歷史使用情況，但實際上這些數據很難真正得到。

他還指出，退役電池本身就具有不確定性，難以準確評估電池長時間使用后的安全性。

“一些企業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域應用。

市場波動可能性不大

隨著三元鋰電池在中大型電化學儲能電站的禁用，我國鋰離子電池市場會迎來動蕩嗎？

《中國鋰電產業發展指數白皮書》指出，我國已連續五年成為全球最大的鋰電池消費市場。2021年，全球鋰離子電池市場規模達到545吉瓦時，中國鋰離子電池市場規模約324吉瓦時，約占全球市場的59.4%。

工業和信息化部發布的數據顯示，2021年324吉瓦時的全國鋰離子電池產量中，消費、動力、儲能型鋰電產量分別為72吉瓦時、220吉瓦時、32吉瓦時。鋰電總產值突破6000億元。

就儲能領域而言，截至2021 年底，中國儲能市場累計裝機功率43.44吉瓦，位居全球第一。電化學儲能裝機功率5117.1 兆瓦，占比11.8%。其中，鋰離子電池儲能技術裝機功率規模占比 91.0%。

進一步聚焦動力電池，磷酸鐵鋰電池發展勢頭更為強勁。據中國汽車動力電池產業創新聯盟的數據統計，2021年國內動力電池裝車量累計154.5吉瓦時，其中磷酸鐵鋰電池裝車量79.8吉瓦時，占比51.7%，超過三元鋰電池。

陳永翀說，三元鋰電池的發展得益于補貼政策的支持，2017年補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壽命、成本方面的劣勢逐漸顯現，尤其是多起安全事故的發生，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。陳永翀認為磷酸鐵鋰電池占比的提升是市場選擇的結果，“這并不是政策主導了市場，而是政策反映了市場發展的趨勢”。

雖然磷酸鐵鋰電池安全性更高，但近年來也出現了一些火災事故。2021年4月16日，北京市豐臺區發生儲能電站起火爆炸，事故造成兩名消防員犧牲，火災直接財產損失1660.81萬元。半年后，北京市應急管理局官方公布了調查結果，此次起火的直接原因系磷酸鐵鋰電池發生內短路故障。

因此，陳永翀強調，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突破。

對于三元鋰電池在該領域的禁用是否會影響整個鋰離子電池的資本市場，夏永高認為可能性并不大。在他看來，這一政策原本就在業界的共識和預期之內。

對于鈉硫電池在我國的發展，陸雅翔則表示，高溫鈉硫電池目前在我國尚未開展應用，在中大型電化學儲能電站領域的禁用，可能會使其研究速度放緩。

哪些電池將迎來機遇？

在上述電池被“除名”后，哪些電池有望在中大型電化學儲能領域嶄露頭角？

記者采訪多位專家后發現，鈉離子電池、液流電池、儲能專用鋰電池等或將脫穎而出。

陸雅翔告訴記者，有機鈉離子電池、固態鈉離子電池和水系鈉離子電池都適用于中大型電化學儲能電站。

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用空間。“此外，目前發現鈉離子電池的快充性能和寬溫適應性也比較好。”

1兆瓦時（MWh）鈉離子電池儲能系統 陸雅翔供圖

2021年6月，依托中科院物理所成立的國內首家專注于鈉離子電池研發與生產的高新技術企業——中科海鈉發布全球第一個1兆瓦時（MWh）鈉離子電池儲能系統。陸雅翔就是這支“電池國家隊”的一員。她告訴記者，團隊開發的鈉離子電池不需要在高溫條件下運行，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、普魯士藍類化合物等，而負極材料目前通常選用無定形碳，鈉離子就存儲在正負極材料中。

釩電池是目前液流電池的典型代表。液流電池儲能技術是通過正、負極電解質溶液活性物質發生的可逆氧化還原反應來實現電能和化學能的相互轉化，具有輸出功率和容量可單獨設計、安全性高、壽命長和環境友好等特點。

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熱失控條件下都不易發生燃燒或爆炸，符合儲能系統對安全性的要求，且具有綠色環保的特點。

回到鋰離子電池上，陳永翀認為，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外電化學儲能技術的應用趨勢。

陳永翀團隊經過多年探索，研發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的儲鋰活性物質、導電劑和電解液構成，并采用復合集流體、超厚電極和半開放電池結構，從而徹底改變鋰離子電池的危險品屬性。2019年，新型鋰漿料儲能電池研究入選國家變革性技術方向之一，目前正在推進示范建設。