研制固态高安全储能锂电池 提升储能电池安全性能

固态电池是一种运用固体电极和固体电解质的电池，可以从本征上处理锂电池高温起火的安全问题。中国电力科学研讨院有限公司牵头研制的固态高安全储能锂电池处理了电池起火问题，已初步规模化出产，将运用于兆瓦时级储能集装箱演示工程。

11月11日，中国电力科学研讨院有限公司储能与电工新技术研讨所固态高安全储能电池团队展开了1兆瓦时储能集装箱演示工程电池单体热失控实验。团队将电池单体加热到300摄氏度后，电池单体没有出现起火爆破和热失控涣散情况。

出现热失控时的温度是储能单体电池和电池模组最重要的安全指标。形成热失控的根本因素是电池内部高分子隔膜和有机电解液的不安稳性。2019年1月份，固态高安全储能电池团队通过对锂离子电池内部传导物质进行改性，研宣布固态高安全储能锂电池，可以阻断电池内部热失控，提高储能电池的安全功用。现在，团队正探求在更多领域运用这种电池。

从资料源头堵截电池热失控途径

“在电池内部结构中，高分子隔膜能起到物理隔绝正负极的作用，但遇到高温会发生热缩短，引起电池短路，触发热失控。在必定温度下，电池内部的可燃物——有机电解液会焚烧，导致电池起火、爆破。”在1兆瓦时储能集装箱演示工程电池单体的热失控实验前，固态高安全储能电池团队负责人金翼介绍。

团队提出了具有可行性的处理思路：利用新型的无机隔膜资料替代有机隔膜，阻断正负极触摸，在电池正负极之间构筑起一道“防火墙”，同时向电解液中掺入必定份额的固体电解质，下降电池内部的可燃物占比。

怎么下降隔膜的厚度、保证其均匀性是新型无机隔膜制备需求要点攻克的难题。通过对隔膜根底资料颗粒的尺度和散布情况进行探求，2018年10月份，团队研讨出一整套技术，制备出固态高安全储能锂电池样品。

热失控实验验证，电池样品耐热失控实验温度远超过国家标准规则温度。“咱们将单体电池制品放进热箱，当热箱温度到达300摄氏度时，电池仅出现了鼓胀，未发生起火爆破现象。”团队成员于冉介绍。

预制集装箱、建于城市核心区的变电站和配网的储能系统、保电应急及数据机房后备电源等多种运用场景均对电池的安全性要求较高。为此，2020年6月份初步，项目团队进一步展开探求，在1兆瓦时储能集装箱演示工程中规划运用固态高安全储能电池模组，以验证固态电池在实践工程运用的可行性。

在要害环节带动电池工业晋级

11月6日，固态高安全储能电池团队成员孙召琴接到固态高安全储能锂电池出产企业的产品报表。数据显现，该企业在一星期内批量出产的固态电池产品现已到达200千瓦时。这得益于固态高安全储能锂电池的“隔膜电极一体化结构”出产工艺。

为了可以满足实践出产要求，2019年5月份，团队规划提出了“隔膜电极一体化结构”，并清晰了出产技术道路、设备选用、参数设置等一系列问题。在出产工艺方面，团队抉择沿袭传统锂离子电池的流延涂布技术。这与现有工艺重叠度到达99%以上，制备可操作性强，无须晋级、改善出产设备，可满足现阶段大规模出产的需求。

针对1兆瓦时储能集装箱演示工程，团队的规划方案是布局约5簇电池模块，每簇约210千瓦时。这需求多家电池出产厂商来结束。2019年以来，项目团队现已与武汉、北京等地几家电池企业签订了批量出产协议。现在，该项目电池单体的出产现已接近尾声。

考虑到储能工程后续的作业情况，团队还展开了“电化学-热”特性耦合仿真剖析和算法研讨。团队在电池内部规划了多层级、多场耦合热处理系统，完结了电池模组作业情况的长期动态监控。

接下来，团队将进行固态电池模块及系统的集成规划作业。估量今年年底，电池模块及系统将批量用于1兆瓦时储能集装箱演示工程。

推进固态锂离子电池多场景运用

10月25日，固态高安全储能锂电池技术效果获得第三届中心企业熠星创新构思大赛优秀奖。现在，中国电科院已与3家电池出产企业到达初步合作意向。这进一步扩展了固态锂离子电池技术效果的运用范围，将推进储能电池工业化，具有重要的社会效益和经济效益。

依据固体电解质的品种，全固态电池可以划分为两类——依据无机电解质的全固态电池和依据聚合物电解质的全固态电池。

前者自身阻抗较大，电化学功用并不理想。后者具备柔性特性，可以下降电极与电解质之间的界面阻抗，获得较好的电化学功用，而且可以学习传统锂离子电池的制备办法，在工艺流程上具有天然优势，适用于多种电池系统及运用场景，在储能、新能源汽车、智能装备、无人机等领域有很大展开潜力。

纵观依据聚合物电解质的全固态电池技术展开趋势，从半固态电池到准固态电池，再到无液体的全固态电池，逐渐减少内部液体是要害。

近年来，依据聚合物电解质的全固态电池进入较快展开阶段。业界的技术研讨道路是选用固体电解质替代有机电解液，完结锂离子在正负极间的传输。“咱们的研讨主要是依据复合固态电解质成膜，将液体含量控制在5%以内，完结锂离子快速传导，其作业原理与传统锂离子电池相同。”金翼说。

技术的展开直接推进运用。该技术效果可以用于锂离子电池的一切产品，成熟度较高，现已形成自主核心知识产权。与现有锂离子电池比较，固态高安全储能锂电池体积小，更加安稳安全，本钱与现有产品电池持平，可以为不同类型、不同运用目标的场景供应安全处理方案。

现在，团队正研制下一代长寿命、宽温域高安全固态电池。未来，除预制集装箱储能系统外，安全固态电池将在更多的变电站、配电自动化终端、通讯基站的操作和后备电源系统中运用，缓解安全保证压力，减少人工运维作业量。