储能系统的发展及应用

储能系统的发展及应用

作者：胡晓羽 陆宇 曹碧颖 来源：《硅谷》2014年第16期

摘 要 随着环境污染问题的日益加剧，储能技术的发展已成为解决环境污染的重要手段。“储能”已被列入我国“十二五”发展规划纲要，上海电气集团也将“储能技术”列入“集团十五年科技发展规划”的重点发展领域。上海电气中央研究院结合集团要求和自身实际情况自主研发了基于锂离子电池的100 kW储能系统。 关键词 储能技术；锂离子电池；新能源

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）16-0015-02

“储能“已被列入我国“十二五”发展规划纲要，上海电气集团也将“储能技术”列入“集团十五年科技发展规划”的重点发展领域。集团一期投资3000万元开展锂离子储能技术研究。2012年5月，“上海电气—复旦储能电池与关键材料联合实验室”正式成立，致力于开发低成本、长寿命的储能锂离子电池及其关键材料技术。联合实验室拥有一整套完善的材料制备及表征、电池组装及电化学性能测试等设备，并建立了30多人的研发团队，其中中央研究院团队游博士8人，硕士12人，形成了一流的储能锂离子电池及其关键材料技术的研发能力。自联合实验室成立以来，研发团队围绕着“低成本、长寿命储能锂离子电池”这一目标，展开了一系列卓有成效的研究工作，在碳包覆钛酸锂负极材料、改性锰酸锂正极材料、高电压型正极材料以及单体电池一致性制备工艺等方面取得了多项科研成果。 1 储能的意义

近几年国内外储能锂电池示范应用发展迅速，国内MW级的锂电池储能系统应用走在其他储能电池之前；锂电池的产业链相对较成熟，上下游产业配套完善，成本下降空间较大；采用储能技术可改善电网的电能质量，加大可再生能源利用，是建设智能电网的关键技术。 新一代锂电池材料发展迅速，材料和电池技术水平提升空间较大；锂电池在储能方面的应用有望占领先机，选择低成本、长寿命、高容量的材料体系是储能锂电池发展的关键[1，2]。 2 储能锂电池模块及系统

储能锂离子电池系统包括电池组、BMS、EMS、和PCS等部分组成。其核心技术包括：电池组串并联结构设计、电池组热场分布和散热方式设计、电池组的结构安全保护设计，以及电池充放电异常管理、SOC评估、电池健康状态监控、电池均衡管理和热管理等技术，如图1所示。

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设计和制备20Ah软包装锂离子电池，通过改进正负极浆料配方和配料工艺、涂布工艺，优选和改善电解液性能，改善电池化成工艺，形成具有自主知识产权的电池制备工艺。 2.2 单体电池材料

1）改性隔膜材料。锂离子电池隔膜被认为是电池的“第三极”，其品质直接影响着电池性能。目前应用最广泛的隔膜材料是单层或者多层的薄型（10-40 μm）微多孔聚烯泾材料（图2），他们具有优良的力学性质、化学稳定性和相容性。为了进一步提高其性能，对隔膜进行改性是重要的发展方向。

如图2所示，在微多孔聚烯泾膜的两面涂覆数μm厚的金属氧化物陶瓷层，不仅可以提高隔膜的机械强度，还可以避免因隔膜破裂所导致的电池内短路，从而提高电池的安全性。 2）富锂正极材料。近年来，高容量和稳定性较好的富锂材料越来越受到人们的关注，联合实验室通过溶胶—凝胶法合成出层状富锂材料，该材料电压区间位2.0-4.8 V，容量大于250 mAh/g，有望成为未来理想的正极材料。

3）锰酸锂正极材料。采用独特的高温固相烧结法，通过优化烧结工艺和元素掺杂，稳定其结构和减少Mn的溶出，制备出低成本、高安全性、良好高温特性的锰酸锂正极材料。 4）硅碳负极材料。以有机碳源对纳米二氧化硅进行了碳包覆，既能提高颗粒之间的电子电导率，又能限制充放电过程中的体积膨胀，形成的Li2O充当惰性介质将Si均匀地分散，让材料获得更高的比容量和良好的循环性能。

5）高性能电解液。电解液作为对电池的性能和稳定性起到至关重要的作用。电解液需要与电池体系的特点相适应，然而，针对一些新型材料，与之匹配的电解液技术还相对滞后。因此，联合实验室将电解液作为储能锂离子电池技术的一项重要支撑技术进行深入研究。 3 总结与展望

储能锂电池综合实验室致力于研究和开发先进储能电池技术及其关键材料技术，在积极推进储能锂离子电池实用化的同时，着眼于国际前沿的先进材料技术，通过研发和产业化的有机结合，推动储能锂离子电池技术的快速发展。

实验室围绕集团储能技术发展战略，不断加强研发能力建设，为上海电气集团发展电化学储能提供技术支持，成为集团电化学储能人才及知识产权的蓄水池，为集团发展智能电网、新能源发电以及节能减排产业作出贡献。

实验室将朝着以下方向发展：以实验室建设为手段，促进核心技术发展；以团队建设为支撑，加快自主研发进程；以储能示范工程为抓手，加快系统集成能力建设；成为储能电池和储能系统最佳解决方案的提供者。

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参考文献

[1]张文亮，丘明，来小康.储能技术在电力系统中的应用[J].电网技术，2008，32（7）：1-9.

[2]程时杰，文劲宇，孙海顺.储能技术及其在现代电力系统中的应用[J].电气应用，2005，24（4）：1-8.