鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用（四川大學(xué)，四川省成都市610065）摘要：能源的大規(guī)模儲(chǔ)存能力對于發(fā)展新能源至關(guān)重要，鋰離子追池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景。本文論述了鋰離子電池的基本原理、基本特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)論述了鋰離子電池儲(chǔ)能在電動(dòng)汽車和新能源發(fā)電等方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)；鋰離子電池；電動(dòng)汽車；應(yīng)用0引言近幾十年來,儲(chǔ)能技術(shù)的研究和發(fā)展一直受到各國能源、交通、電力、電訊等部門的重視，隨著電力系統(tǒng)逐漸山傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向現(xiàn)代電力系統(tǒng)的過渡與發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)將扮演著越來越重要的角色。電力系統(tǒng)的運(yùn)行就是在滿足安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)等約束

2、條件下,發(fā)電與負(fù)荷的平衡，一旦這種供需要平衡被打破，電能質(zhì)量將得不到保證，能源得不到充分利用，甚至將引起電網(wǎng)的崩潰。然而現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，由于發(fā)電側(cè)除了有傳統(tǒng)的火電、水電、核電等，還允許一定容量的新能源發(fā)電或分布式發(fā)電的接入，這就導(dǎo)致了發(fā)電側(cè)的隨機(jī)性和不易控，加上負(fù)荷側(cè)的隨機(jī)性，再要維持供需平衡就越發(fā)困難，英至不可能實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，如果能在發(fā)、輸、用等環(huán)節(jié)引入大規(guī)模儲(chǔ)能裝置，提供電能的補(bǔ)償與平滑，將有利于功率平衡的控制。另一方面，隨著智能電網(wǎng)概念的不斷深入，對現(xiàn)代電網(wǎng)也提出的更高的要求，不僅要能提供優(yōu)質(zhì)的電能，還要允許各種新能源及分布式能源的柔性接入，

3、然而這兩個(gè)要求本來乂是相互矛盾的，比如風(fēng)電、光伏發(fā)電具有很大的隨機(jī)性和間歇性，接入電網(wǎng)后必然后影響電能質(zhì)量。那么，要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏發(fā)電等的接入而同時(shí)能保證電能質(zhì)量的冃標(biāo)，在發(fā)電環(huán)節(jié)接入大規(guī)模儲(chǔ)能裝置無疑是行之有效的辦法。電能的存儲(chǔ)是伴隨著電力工業(yè)發(fā)展一直存在的問題，盡管到現(xiàn)在為I上也沒有一種非常完美的儲(chǔ)能技術(shù)，但經(jīng)過兒代科學(xué)家的努力，一些比佼成熟的儲(chǔ)能技術(shù)己經(jīng)在電力行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。人規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)已然成為電網(wǎng)運(yùn)行過程中“采-發(fā)-輸-配-用-儲(chǔ)”六大環(huán)節(jié)屮的重要組成部分X）。收稿日期:2013-5-20：修回日期：XXXXXX基金資助項(xiàng)目（基金

4、編號(hào)）;XXXX研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)）。1儲(chǔ)能技術(shù)分類電能可以轉(zhuǎn)換為化學(xué)能、勢能、動(dòng)能、電磁能等形態(tài)存儲(chǔ)，按照其具體方式可分為物理、電磁、電化學(xué)和相變儲(chǔ)能四大類型。其中物理儲(chǔ)能包括?抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能；電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)、超級(jí)電容和高能密度電容儲(chǔ)能；電化學(xué)儲(chǔ)能包括鉛酸、線氫、線鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲(chǔ)能；相變儲(chǔ)能包括冰蓄冷儲(chǔ)能等。本文著重討論鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)。2鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)2.1鋰離子電池原理鋰離子電池是一種新型的環(huán)保的高性能的電池,它最初的應(yīng)用體現(xiàn)在小容量的電池應(yīng)用方面，相對于鉛酸電池和銀氫電池，它具有體積小、容量高、

5、無污染、安全性好的幾大優(yōu)點(diǎn)，隨著新型的鋰離子正極材料的出現(xiàn)，鋰離子電池的應(yīng)用范圍不斷拓展，己經(jīng)從單一的手機(jī)電池應(yīng)用拓展到大中小型電動(dòng)汽車、電力儲(chǔ)能、后備電源、電動(dòng)工具與航模等各個(gè)領(lǐng)域。鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程屮，LT在兩個(gè)電極Z間往返嵌入和脫嵌：充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表⑹。其反應(yīng)的化學(xué)方程式為：負(fù)極：6C+x厶廠+x*目匪C6Zz；正極：LiCoO2@亜Li—CoO?+xL

6、i++xe~2.2鋰離子電池特點(diǎn)鋰離子電池由于兼具高比能量和高比功率的顯著優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ膭?dòng)力電池體系。相比英他電化學(xué)電流，鋰離子電池有著很多自身的優(yōu)點(diǎn)，即重量輕、儲(chǔ)能容量大、功率大、無污染、壽命長、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍廣等；但是，由于其工作過程中需要保持高溫，有一定安全隱患，電池安全性不高。由此也決定了鋰離子電池可應(yīng)用于電能質(zhì)量，可靠性控制，備用電源，削峰填谷，能量管理，可再生儲(chǔ)能等方面⑺。3鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)冃前制約大容量鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用的最主要障礙是電池的安全性，即電池在過充、短路、沖壓、穿刺、振動(dòng)、高溫?zé)釠_擊等濫用條

7、件下，極易發(fā)生爆炸或燃燒等不安全行為。根據(jù)PH.Biensan等⑻的研究證明：鋰離子電池在濫用的條件下有可能達(dá)到使鋁集流體熔化的高溫(>700°C),從而導(dǎo)致電池出現(xiàn)冒煙、著火爆炸、乃至人員受傷等。因此，解決安全問題是首要關(guān)鍵技術(shù)。2.1電極材料的選擇(1)負(fù)極材料的安全性。目前，商業(yè)化的鋰離子電池多采用碳材料為負(fù)極，在充放電過程屮，鋰在碳顆粒中嵌入和脫出，從而減少鋰枝晶形成的可能，提高電池的安全性，但這并不表示碳負(fù)極沒有安全性問題⑼。(2)正極材料的安全性。正極材料的安全性主要包括熱穩(wěn)定性和過充安全性。目前，常見的鋰離子電池止極活性材料有LiC

8、oCh、LiNiO2>LiMn2O4>LiNgCoQ?、LiFePO4和LiCogNiinMngCH研究表明LiMn2O4和LiFePO