本文來源于美國Laserax 技術專家兼顧問，目的在了解關于比較六種類型的鋰離子電池及其在BESS 應用潛力的內容。鳴謝自主研制NTC芯片的特普生儲能CCS集成溫度采集母排，對本文的大力支持，感謝特普生海外技術翻譯官林博女士！

作者：Stéphane Melan?on，美國Laserax 技術專家兼顧問

美國Laserax 的電池專家兼電氣化愛好者 Stéphane Melan?on 討論了不同鋰離子技術的特點以及我們應該如何將之進行比較。

鋰離子 (Li-ion) 電池并不總是受歡迎的選擇。由于成本高昂，它們曾經很快被排除在外。長期以來，鉛酸電池在儲能系統（ESS）市場占據主導地位。它們更可靠且更具成本效益。

電池、電動汽車制造商以及 LG 化學和松下等能源公司已投資數十億美元用于能源解決方案的研究，包括電池技術和生產方法，以滿足對鋰離子電池的高需求。這極大地降低了 ESS 鋰離子電池的成本并增加了容量，使其能夠占據巨大且不斷增長的市場份額。

在本文中，我們將研究六種主要類型的鋰離子電池及其在 ESS 中的潛力、適合 ESS 的良好電池的特性以及替代能源所扮演的角色。

鋰離子電池的種類

1.磷酸鐵鋰（LFP）

LFP電池是ESS最好的電池類型。它們提供更清潔的能源，因為 LFP 使用鐵，與鈷和鎳相比，鐵是一種相對綠色的資源。鐵也比許多其他資源更便宜、更容易獲得，有助于降低成本。總體生產成本也較低。

特斯拉首席執行官埃隆·馬斯克表示，他預計所有固定式儲能產品都將采用 LFP 電池化學并實現轉型。

LFP電池的功率密度較低，但這一特性對于儲能系統的重要性不如對于電動汽車的重要，因為ESS可以毫無顧慮地占據更大的空間。雖然磷酸鐵鋰電池較重，但這只是初始安裝期間的一個問題。LFP 電池也更安全，因為熱失控的可能性較小，并且與大多數其他鋰離子電池技術相比，它們具有更高的生命周期（2,000 至 5,000 次循環）。

2. 鋰鎳錳鈷（NMC）

NMC 電池是一種流行的鋰離子電池，原因有很多。它們具有很強的能量和功率密度，并且在熱失控方面與其他類型的鋰離子電池相比相對安全。

然而，與 LFP 電池相比，它們的生命周期次數明顯較少，通常在 1,000 到 2,000 次循環之間。

NMC電池還需要鈷和鎳，它們更昂貴并且對環境有害。人們還非常擔心這些礦物的短缺，這可能會嚴重影響成本和可用性。

3.鎳鈷鋁酸鋰（NCA）

NCA 電池與 NMC 電池相似，但存在一些關鍵差異。雖然提供比 NMC 電池更高的能量密度（允許它們每單位體積存儲更多的能量），但它們也更容易發生熱失控。與 NMC 電池類似，NCA 電池的生命周期約為 1,000 至 2,000 次，并且也依賴于鈷和鎳進行制造。

4. 鋰離子氧化錳（LMO）

LMO 電池很快就不再受歡迎，因為它們具有與 LFP 電池相同的特性，但生命周期次數要少得多，通常只有 500-800 次。

雖然生產成本比磷酸鐵鋰電池略低，但較短的使用壽命給總運營成本帶來了挑戰，并增加了更換成本。

LMO 電池充電速度快，比功率高，并且比其他類型的電池可以在更高的溫度下高效運行。因此，它們最廣泛地應用于便攜式電動工具、醫療器械和一些電動汽車。

5. 鋰離子鈷氧化物（LCO）

LCO 電池是最早出現的鋰離子電池化學材料之一。LCO 電池常見于筆記本電腦和智能手機，功耗較低。它們最適合需要極輕量解決方案且不需要高功率的應用，因為它們可以在低負載應用下長時間提供能量。

然而，LCO 的使用壽命較短（通常為 500 至 1,000 次循環），并且熱穩定性較低，因此無法在高負載應用中使用。這使得 LCO 不適合 ESS。

6. 鈦酸鋰（LTO）

LTO 電池具有非常高的生命周期，通常高達 10,000 次生命周期，并且比大多數替代電池污染更少。它們還可以快速充電，盡管這對于 ESS 安裝來說不一定是一個重要功能。

LTOS 的能量密度較低，這意味著它們需要更多的電池來提供相同數量的能量存儲，這使得它們成為一種昂貴的解決方案。例如，其他電池類型每公斤可存儲 120 至 500 瓦時，而 LTO 每公斤可存儲約 50 至 80 瓦時。

什么樣的電池才是適合儲能系統的好電池

最大限度地提高 ESS 的電池輸出需要考慮幾個關鍵因素：

高循環次數

不同類型的電池具有不同的生命周期，具體取決于它們在失去顯著性能之前可以完成的充電和放電循環次數。當今的電動汽車電池具有更長的生命周期。典型的汽車制造商電池保修期為八年或 100,000 英里，但很大程度上取決于用于儲能的電池類型。

儲能系統需要高循環壽命，因為它們持續運行并不斷充電和放電。電池容量在每次充電和放電循環期間都會減少。當鋰離子電池只能保留 70% 至 80% 的容量時，鋰離子電池就達到了使用壽命。最好的鋰離子電池可以正常工作多達 10,000 次循環，而最差的鋰離子電池只能持續大約 500 次循環。

高峰值功率

儲能系統需要支持電力需求的激增，因為它們用于滿足電網需求高峰期間的能源需求。

能源需求不均勻，但 ESS 可以將充電時間轉移到能源更便宜或更容易獲得的時間。通過在低需求期間儲存能量并在需要時釋放能量，可以顯著降低成本。

生產成本低

儲能系統需要大量的電池來滿足能源需求。例如，每小時使用的能源量以兆瓦時 (MWh) 為單位。對于電動汽車電池，其單位為千瓦時 (kWh)。那是 1,000 倍！

由于 ESS 所需的電池數量如此之多，因此更昂貴的電池技術在經濟上不可行。

最大限度地減少熱失控事件的可能性

熱失控仍然是一個需要認真考慮的問題。當鋰離子電池達到無法控制的自熱狀態時，可能會導致火災、煙霧以及氣體、顆粒物和彈片的噴射。

不同類型的鋰離子電池在不同的溫度下會發生熱失控。例如，NCA、NMC 和 LCO 是在較低溫度下存在熱失控風險的鋰離子電池類型。LFP電池是最安全的。

重量和尺寸并不重要

與需要仔細管理重量和尺寸的電動汽車不同，電池的重量和體積在 ESS 操作中并不重要，因為這些裝置通常安裝在集裝箱或存儲單元中。

安裝ESS的土地成本通常較低，因此電池的尺寸對成本影響很小。重量并不重要，因為它不會像電動汽車那樣影響電池的性能。

ESS 和 LFP 電池對于“替代能源”的未來至關重要

對電力的需求不斷加速增長。事實上，麥肯錫預測，到 2050 年，全球電力消耗將增加兩倍。我們使用的一切都需要電力，而電動汽車增加了電網的負擔。

傳統形式的能源（如核電、水電和煤電）根本無法滿足不斷增長的需求。許多國家都存在重大的監管障礙和建筑限制。即使可以清除障礙，基礎設施建設也可能需要 10 年或更長時間。

由于要求不那么復雜并且公眾支持不斷增加，風能和太陽能等替代能源的安裝通常可以更快地建設。國際能源署 (IEA) 強調了清潔能源的增長，預計2022 年至 2023 年產能將增加三分之一。

替代能源可能會在我們的未來占據重要地位，但它們取決于天氣。他們無法以穩定的速度發電，因此需要 ESS 來存儲能源、滿足高峰需求周期，并在天氣條件不佳時提供能源。

儲能系統還可以消除電力峰值，從而提高發電廠的效率。它們還有助于提供更一致、更穩定的電力，從而延長發電廠的使用壽命。

所有這些都表明磷酸鐵鋰電池是未來的一個不錯的選擇。LFP 具有高生命周期、低生產成本和低熱失控風險，非常適合滿足 ESS 的需求。

最近，LMFP 電池（一種以錳作為陰極成分的 LFP 電池）問世，該電池在電動汽車中具有良好的性能。根據生產成本，這種新型電池化學可能成為儲能系統的有競爭力的解決方案。

關于作者

Stéphane Melan?on 是 Laserax 的電池和電力推進系統專家，Laserax 是一家專為汽車和電動汽車行業、電池生產、鑄造廠、原生金屬、表面處理和重型設備行業量身定制的創新激光技術提供商。Stéphane 擁有物理學位，專攻光子學、光學、電子學、機器人學和聲學。他投資了電動汽車轉型，為電動自行車設計了工業電池組。