铅炭电池 锂电池 三元锂电池，磷酸铁锂电池，铅炭电池等储能电池技术简析

三元锂电池、磷酸铁锂电池、铅炭电池等储能电池技术简析

作者：兔子君 来源：PV兔子

本文将针对目前几种典型的储能电池技术进行介绍，同时对各类型的优势及缺点进行了整理，供大家参考。

三元锂电池，也被命名为三元锂聚合物电池，是指使用Li(NiCoMn)O2作为阳极的电池技术。这是第一个最成功的锂电池技术，广泛应用于移动电子和电动汽车行业。典型的制造商是三星、LG化学、松下等。三元锂电池的循环寿命超过3000个循环。它的能量密度在所有锂电池技术中排名第一，大约250kwh/m3。

安全是三元锂技术的主要瓶颈。自2016年首次出现三星电池爆炸事故以来，三元锂电池的安全风险一直在讨论中。由于阳极聚合物的复合结构不稳定，在工作电池中化学溶液的温度和PH值的增加会导致产生天然气的潜在风险，最终导致爆炸。在中国，工业和信息化部停止了在电动汽车和大型存储项目中使用三元锂电池的应用。目前针对对三元锂电池技术的安全风险已经在进行详细的调查。在调查完成之前，这项禁令仍然适用。

磷酸铁锂电池，简称LFP，是指使用LiFePO4作为阳极的锂电池技术。自1996年由NTT(日本)首次创建以来，它被公认为最安全的锂电池技术。典型的制造商是宁德时代、比亚迪、亿纬等。

LFP拥有超过3500次的长周期寿命。在所有锂电池技术中，它的使用寿命排名第一。LFP电池的能量密度在200kwh/m3左右。LFP也显示了快速充电/放电响应的优点。百分之百放电深度的LFP电池的最低充电时间是2小时左右。如下表所示，在短时间放电操作中，它能保持近100%的容量。这种良好的操作特性使LFP成为快速响应系统的理想技术，如频率控制。

铅炭电池

铅碳技术是新一代铅酸电池技术。它结合了超级电容器和铅酸电池的特点。典型的制造商是南都电源，双登等等。

铅炭电池是将具有双电层电容特性的炭材料(C)与海绵铅(Pb)负极进行合并制作成既有电容特性又有电池特性的铅炭双功能复合电极(简称铅炭电极)，铅炭复合电极再与PbO2正极匹配组装成铅炭电池。

铅碳电池百分百放电深度下的循环寿命是3200，80%放电深度下的循环寿命是2500个循环，比传统的铅酸电池要高得多(80%放电深度下的周期约为1200)。这种循环寿命接近三元锂和LFP技术。

铅碳电池的另一个主要优点是它对大型系统的低成本。铅碳电池的总价格不到锂电池的一半。考虑到电池投资是商业BESS系统的关键部分，这可以显著缩短回收期。安全也是选择铅碳的考虑因素。与锂电池相比，铅碳电池阴极和阳极的化学反应是温和而缓慢的，这使它成为一种更安全的技术。

100%放电深度下的铅碳电池的最低充电时间是5小时左右，是锂电池的两倍多。当需要快速放电响应时，铅碳的放电性能比LFP低，铅-碳不适合快速反应系统，如频率控制系统。但对于不需要频繁和快速操作的套利系统，铅碳技术可以满足需求。

文章来源：PV兔子

何为铅炭电池？当前是否有更多应用案例，未来应用前景又如何？

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每当暮色降临，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）能源楼附近几十盏路灯和景观灯便一一亮起，这些灯亮度跟其他路灯并无区别，不同的是，每个灯柱上都安有一个太阳能电池板。太阳能路灯并不稀奇，但这些路灯却是大连化物所的“小骄傲”。

“太阳能路灯多数采用锂电池、传统铅酸电池来储存电能，但我们这些灯用的是铅炭电池储能系统，这一系统已连续平稳运行近两年。”大连化物所储能技术研究部首席研究员张华民说。

何为铅炭电池？当前是否有更多应用案例，未来应用前景又如何？针对这些问题，张华民一一给出解答。

充放电性能突出

“铅炭电池是铅酸电池家族中的一员，是在铅酸电池的负极中加入碳材料制成的电池。”张华民介绍，碳是非常神奇的元素，拥有的化合物种类最丰富，它的加入，使铅炭电池在保留铅酸电池原有功率密度的基础上，充放电性能得到大幅改善。同时，铅炭电池安全性和可靠性高，可以弥补普通铅酸电池不能应对各种复杂工况的不足。

据了解，由于含有硫酸，铅酸电池极板上容易形成难溶解、颗粒粗大的结晶，产生不可逆的硫酸盐化现象。硫酸盐化严重，容易导致电池储能容量失效。“碳材料的引入，可以提高负极材料的导电性，从而大幅缓解硫酸盐化现象，提高电池在部分荷电状态下的循环寿命。”张华民说，在储能条件下使用，铅炭电池的充放电循环使用寿命可达铅酸电池的数倍。环保方面，铅炭电池对环境友好，可以实现100%电池回收。

张华民指出，按照加入碳材料方式的不同，铅炭电池可分为三种：全炭负极型铅炭电池、内并型铅炭电池和内混型铅炭电池。不同种类的铅炭电池具有不同的特性，可以满足不同应用领域的需求。内混型铅炭电池由于具备较高的充电接受能力、优异的循环稳定性和与铅酸电池相近的能量密度，特别适合可再生能源电能存储。“在我国，铅炭电池的研发与应用以内混型铅炭电池为主。”

中关村储能产业技术联盟统计数据显示，截至2018年底，我国电化学储能累计装机规模1100MW，其中铅蓄电池（包括铅酸电池和铅炭电池）占比达27.2%。

应用领域逐步拓宽

电池技术是制约储能产业发展的关键。张华民认为，凭借充电接受能力强、安全可靠、制造成本低等优势，在可再生能源广泛利用和储能市场规模不断扩大的背景下，铅炭电池将成为继锂离子电池、液流电池之后，储能电池的又一发展方向。

张华民介绍，我国从事铅炭电池关键材料与技术研究、开发的科研院校有中国人民解放军防化研究院、大连化物所、吉林大学、哈尔滨工业大学等单位。从事铅炭电池研究开发与生产的企业主要有南都电源、圣阳电源、天能电池、超威集团、双登集团等。

南都电源研发的铅炭电池产品目前已被应用在多个国内储能示范项目中，如浙江舟山东福山岛风光柴储能电站、新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程、南方电网光储一体化柴储能电站、无锡新加坡工业园智能配网储能电站、浙江鹿西岛4MWH储能项目等，运行状况平稳。

“大连化物所和中船重工风帆集团合作，就铅炭电池电化学储能的关键技术开展技术研究，开发出了拥有自主知识产权的铅炭电池专用负极碳材料及多种型号的铅炭电池产品样机。去年12月份，我们研制的百千瓦时级铅炭电池储能系统也并网运行了，主要给食堂供电，不仅起到了检验实验成果的作用，也展示了铅炭电池储能技术与可再生能源相结合的良好应用前景。”张华民说。

除了储能，铅炭电池也应用在了新能源汽车上。由于可以在车辆加速和制动期间快速输出、输入电荷，铅炭电池特别适合于汽车启停系统。记者了解到，日前，南都电源开发的铅炭电池技术获得了国际先进铅酸电池联合会（ALABC）的项目资助，这一技术将主要运用在汽车发动机启停领域。

商业化推广前景可期

“虽然我国在铅炭电池关键技术和应用方面取得了较大进展，但在基础理论和工程应用开发方面与国际发达国家相比仍有差距。”张华民坦言。差距主要表现在以下方面：碳材料开发多数还停留在实验室阶段，批量生产的产品均一性较差，不能满足大规模工业化生产需求；一些铅炭电池生产企业缺乏高性能碳材料生产核心技术，仍需依赖进口；系统集成能力不足；一些应用示范项目效果不理想，铅炭电池储能电站的实际运行寿命低于预期等。

张华民表示，和其他电化学储能技术相比，铅炭电池在成本和安全性方面具有明显优势。铅炭电池成本大约为1000元/kW·h，电池报废后，电池内的铅很容易回收循环再利用，所以，铅碳电池和铅酸电池一样，失效电池的残值很高，是目前相对经济可行的电力储能技术路线之一。同时，由于铅炭电池的电解液是硫酸水溶液，只要保持通风，不会发生燃烧爆炸，因此安全性好。“今后随着技术的不断成熟，铅炭电池在储能领域将占据越来越大的市场份额。”

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