电池的行业痛点的问题分析

电池的四大综合问题：成本高、寿命短、安全差、回收难。对于锂离子电池来说，它是一个粘接涂布薄膜电极结构以及内部极片并联后极耳引出的核心设计思路，所以给电池单体以及电池系统的一致性设计带来根本性的难题。科华的陈总说纳米颗粒材料在电池中的应用需要纳米级的机械控制和电力控制，这个很有道理。这就要求现有的电池制造控制精度非常高。为什么？因为它的电极层厚度只有很薄的100多微米，里面包含纳米微米级的颗粒，所以要求高精度的控制，这样使得电池制造成本的降低有相当大的难度。因此需要创新技术，例如，开发容量型超厚电极技术，以降低对制造精密度的绝对要求，降低储能电池的制造成本。

因此我们说储能电池的发展，已经从当初对消费类电池的高能量密度的首要要求，逐步转变为对低成本的核心要求。电池在手机中的使用是刚需，手机离不开电池，因此电池便宜也好，贵也好，必须要用电池。但是，储能电池如果太贵的话电力系统可以不用，甚至可以用非储能的手段解决一些储能面临的问题。所以“低成本”成为我们储能电池发展的首要目标。

发展目标我大致解释一下。狭义的储能电池成本仅包括一次（采购）成本，广义的储能电池成本还包括二次（运维）成本和三次（回收）成本。其中，一次成本包括电池的材料成本和生产制造成本。在材料成本下降空间有限的情况下，通过电池结构技术的颠覆设计，简化电池生产工艺，降低制造成本和人力成本，将会是新型储能电池重要的降成本方向。二次成本与电池使用寿命息息相关。需要结合材料技术和结构技术，发展新型修复再生技术，提升电池使用寿命，降低容量型电池的度电成本和功率型电池的频次成本。三次成本主要指电池的回收成本。目前储能电池的回收再生环节若要做到完全符合环保标准的要求，成本还是非常高的，需要有创新的电池设计思路和回收再生思路，降低电池的三次成本。

现在储能电池成本相对较高，因此可以首先应用在一些互补的场景，在未来，随着成本的下降，再逐渐往竞争的场景应用。

第二个长寿命，电池循环次数寿命是日历使用寿命的基础，但并不等同于电池的实际日历使用寿命。目前，还缺乏合适的加速老化实验标准能够对应电池实际的日历衰减变化。未来除了需要建立相关测试标准以外，还需要开发创新的在线修复再生技术，提升储能电池的日历使用寿命，满足实际储能的工况要求。如果实验室测试电池循环寿命是3650次，即使一天一充一放，一年365天共365次，十年刚好3650次，我们也不能说该电池就具备十年的日历使用寿命。因为电池是一个高度非平衡的化学体系，既使是不充放电，放在某个地方，它的性能也是在衰减的，这点很重要。所以未来要开发再生技术，原因在这里。而且，应用发展方向会由现在的被动更换到以后的主动运维，我们需要主动运维。我们的抽水蓄能电站一年运维费差不多七千万元到八千万元，为什么电化学储能系统就不需要运维？这是不可能的。

第三个是目标是高安全。储能电池的安全性非常重要。相对而言，水系电池如液流电池、铅酸电池等安全性较好，能够满足储能电站的安全性要求，但也需要严格控制电池的充电截止电压，以防止水溶液过压电解后的析氢爆炸；有机系锂离子电池的安全性问题较为突出，目前总体而言处于安全及格线60分上下的水平，有待技术突破；固态电池不含易燃的电解液，因此具有最高的安全性，在未来实现量产后有可能会首先应用到高安全要求的某些特殊场景。但是，固态电池要规模应用于电力储能，在降本增寿和系统一致性方面还有相当的困难需要克服。另外，固态电池的回收处理也是一大难题。

避免电池（内部或外部）短路的安全预防技术以及在电池短路发生后的应急维护技术是储能电池安全技术发展的重要方向。仅仅通过外部灭火装置进行储能锂电池的安全保护，是远远不够的，未来必须开发颠覆性的电池结构技术和安全维护技术，从电池内部彻底解决电池的安全问题，确保储能电池的安全运输和储能电站的安全运行。

第四个目标，易回收。资源的循环再生利用将是储能电池未来规模应用面临的最大挑战。储能电池要达到易回收的目标有三点基本要求：1、电池回收过程符合安全和环保标准；2、稀有贵金属元素做到接近100%的再生利用；3、电池有一定回收残值。

现在示范应用的储能锂电池系统基本上没有考虑到未来电池报废后的回收处理环节。更为严重的是，目前电池界广泛存在一种错误的观念，认为报废锂电池富含各类有价值的贵金属，因此根本不用担心回收处理的问题。

实际情况是，报废电池的“价值”与“环保”之间存在较为严重的冲突和矛盾，现有储能锂电池的材料体系选择和电池结构设计，使得完全符合环保要求的有价值的回收处理工作非常困难。可再生能源的发展需要可再生储能的支撑，如果储能电池材料资源不能得到很好的循环利用，比如目前电池的锂元素只有70%多得以回收利用。目前若要达到90%以上的回收率，技术上完全可以做到，但是成本上根本接受不了。现在只是把有利可图的元素提炼出来，其它不好处理的再进行报废填埋。未来若要争取90%以上的材料回收，必须开发易回收的新型的储能电池结构技术和回收技术。

我们现有的示范和商业应用产业当然是基于现有相对成熟的技术产品，比如磷酸铁锂电池，现在已逐步应用于电网侧和用户侧的储能电站建设。但基于上述发展目标的差距，未来我们还需要发展新的储能电池技术，需要彻底脱离小型电池的结构设计思路，开发颠覆性的大型储能电池技术，例如，适用于容量型储能的浆料电池技术，适用于功率型储能的高压电池技术，以及其它技术方向。百花齐放，百家争鸣。下面我简单地介绍一下我们的工作。

锂浆料电池，电池的全部或部分电极是由浆料态的储锂活性物质、导电剂和电解液构成。锂浆料电池（LithiumSlurryBattery）的技术名称是由我们团队在2015年发明专利中第一次正式提出，但最初的研发工作在8年以前就开始了。与传统锂离子电池的固定粘结电极不同，锂浆料电池具有超厚浆料电极和可维护再生的两大显著的技术特征。

超厚浆料电极：浆料态的电极厚度可以达到毫米级的超级厚度，是普通锂离子电池涂布粘接电极厚度的10倍以上，绝对精度控制更容易，电池制造成本降低，单个电极片容量大幅提升，更适合提供大容量的储能电力输出；非粘结状态电极不存在松动脱落问题，动态使用寿命长。

可维护再生：当电池使用一段时间性能下降后，通过换液再生技术修复电池内部界面，重新提升电池活力，延长日历使用寿命；电池报废后，非粘结态电极易于回收处理，实现90%以上材料的低成本循环再生利用。