李佳“双碳”背景下锂电池储能技术浅析

“双碳”背景下锂电池储能技术浅析目 录CONTENS01、“双碳”场景赋予储能全新定位03、聚焦“一芯3S”构建技术核心竞争力02、锂电池储能系统技术路线浅析“双碳”场景赋予储能全新定位01中国“双碳”路径三大阶段n 阶段一（2020-2030年）：碳排放达峰，实现“减碳”。n 阶段二（2030-2045年）：快速降低碳排放，实现“零碳”。n 阶段三（2045-2060年）：深度脱碳，参与碳汇，完成“碳中和”目标，实现“负碳”。资料来源：2060中国“碳中和”目标的路径、机遇与挑战2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会提出中国“碳达峰，碳中和”目标减碳路径：需求侧电气化加速、供给侧可再生能源占比提升终端能源消费（亿吨标准煤）与电气化比例中国各能源发电量（亿千瓦时）及风光发电量占比数据来源：中电联数据来源：中电联n 需求侧加速电气化：2020/2050年电能占终端能源消费比分别为27%/52%n 供给侧提高可再生能源占比：据《2021中国新能源发电分析报告》预测，2030/2060年风光发电占比分别为22%/58%电改加速、构建以新能源为主体的新型电力系统资料来源：北京大学能源研究院气候变化与能源转型项目2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议中首次提出，瞄准双碳目标，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。锂电池储能技术支撑新型电力系统快速发展系统安全性、效率、寿命、智能化水平、成本是锂离子电池储能技术发展关键要素全球电力储能市场快速增长n 全球电力储能市场将保持快速增长39.5GW/94.3GWh@2025n 2025年四大场景：调峰（27.6GW）、工商业（6.3GW）、户用（3.9GW）、调频（1.6GW）n 调峰增长速度最快，光伏和风电的LCOE在欧美已低于调峰机组，风电+储能，光伏+储能将成为新建调峰应用的首选锂离子电池储能技术将成为市场的理想选择安全性n电芯设计n系统管理n消防保护长寿命n循环寿命n日历寿命高效率n提升电芯能量效率n提升系统效率智能化n智能化管控n智能化运维n挖掘数据价值低成本n初始投资成本n度电成本锂电池储能系统技术路线浅析02锂离子电池材料体系对比012345功率寿命低成本安全性能量密度不同体系锂离子电池主要性能对比分析NMC/NCALFPLTOLMOl目前，锂离子电池主要化学体系包括：锰酸锂体系、三元NMC/NCA体系、钛酸锂(LTO)体系、磷酸铁锂(LFP)体系等。lNMC或NCA体系电池主要优点为具有高能量密度，缺点是寿命和安全性较差；lLTO体系电池则同时兼具高功率、长寿命、高安全、工作温度范围宽等多项优点，然而昂贵的价格和较低的能量密度是其大规模应用到储能系统的障碍。lLFP体系电池主要优点为寿命长、安全性好、成本较低，其缺点是能量密度较低；l综合比较下来，目前大规模储能最适合的就是磷酸铁锂电池，这一点业界已经达成了共识。正极材料/负极材料电压（V） 能量密度(Wh/kg)循环寿命（次数，100%DOD）充放电倍率充放电电压（V）热失控温度（℃）锰酸锂（LiMn2O4）/石墨3.8160~210800~15000.5~2C 2.6~4.2250镍锰钴三元（NMC）/石墨3.6180~2601000~20000.5~2C 2.5~4.2210三元材料/钛酸锂(Li4Ti5O12) 2.480~110>100002~4C1.8~2.8/磷酸铁锂（LiFePO4）/石墨3.2150~2002000~60000.5~2C 2.5~3.7270储能锂电池发展方向：更长的寿命，更高的安全性，更高的效率，更低的成本长寿命高安全的锂离子电池3. 生产制造- 万级粉尘和低露点控制- 高精度数字化生产过程控制- 多点短路检测- 高一致性电池筛选4. 评测与失效分析- 全方位安全性评测- 失效机理分析- 循环寿命加速评价方法1. 材料体系- 长寿命石墨负极- 高安全隔膜、阻燃电解液- 低阻抗粘结剂- 预锂添加剂2. 电池设计及工艺- 电极设计优化- 宽析锂窗口电芯设计- 高安全防爆结构- 负极预锂化PACK技术-液冷与风冷冷板+液冷管路+液冷机组散热超大电池pack（几百kg）风扇（可选）+风道+空调散热小pack（100kg以内）PACK技术-液冷与风冷对比项目液冷风冷与风冷对比提升比列体积能量密度5.4MWh/40HQ(0.5P)4~4.8MWh/40HQ(0.5P)5MWh/40HQ (0.3P)25%左右（0.5P）8%左右(0.3P)场地利用率68 kWh/平方米58~64 kWh/平方米17%（0.5P）/8%(0.3P)堆内温度一致性3~5度（宣...