锂离子电池储能技术在电力系统中的应用

《锂离子电池储能技术在电力系统中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、锂离子电池储能技术在电力系统中的应用（四川大学，四川省成都市610065）摘要：能源的大规模储存能力对于发展新能源至关重要，锂离子追池在大规模储能领域有着很好的应用前景。本文论述了锂离子电池的基本原理、基本特点及其关键技术，重点论述了锂离子电池储能在电动汽车和新能源发电等方面的应用。关键词：储能技术；锂离子电池；电动汽车；应用0引言近几十年来,储能技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视，随着电力系统逐渐山传统电力系统向现代电力系统的过渡与发展，储能技术将扮演着越来越重要的角色。电力系统的运行就是在满足安全、稳定、经济等约束

2、条件下,发电与负荷的平衡，一旦这种供需要平衡被打破，电能质量将得不到保证，能源得不到充分利用，甚至将引起电网的崩溃。然而现代电力系统中，由于发电侧除了有传统的火电、水电、核电等，还允许一定容量的新能源发电或分布式发电的接入，这就导致了发电侧的随机性和不易控，加上负荷侧的随机性，再要维持供需平衡就越发困难，英至不可能实现。这时，如果能在发、输、用等环节引入大规模储能装置，提供电能的补偿与平滑，将有利于功率平衡的控制。另一方面，随着智能电网概念的不断深入，对现代电网也提出的更高的要求，不仅要能提供优质的电能，还要允许各种新能源及分布式能源的柔性接入，

3、然而这两个要求本来乂是相互矛盾的，比如风电、光伏发电具有很大的随机性和间歇性，接入电网后必然后影响电能质量。那么，要实现风电、光伏发电等的接入而同时能保证电能质量的冃标，在发电环节接入大规模储能装置无疑是行之有效的办法。电能的存储是伴随着电力工业发展一直存在的问题，尽管到现在为I上也没有一种非常完美的储能技术，但经过儿代科学家的努力，一些比佼成熟的储能技术己经在电力行业发挥着重要的作用。人规模储能技术已然成为电网运行过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节屮的重要组成部分X）。收稿日期:2013-5-20：修回日期：XXXXXX基金资助项目（基金

4、编号）;XXXX研究项目（项目编号）。1储能技术分类电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照其具体方式可分为物理、电磁、电化学和相变储能四大类型。其中物理储能包括•抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；电化学储能包括铅酸、線氢、線镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能；相变储能包括冰蓄冷储能等。本文着重讨论锂离子电池储能技术。2锂离子电池储能技术2.1锂离子电池原理锂离子电池是一种新型的环保的高性能的电池,它最初的应用体现在小容量的电池应用方面，相对于铅酸电池和银氢电池，它具有体积小、容量高、

5、无污染、安全性好的几大优点，随着新型的锂离子正极材料的出现，锂离子电池的应用范围不断拓展，己经从单一的手机电池应用拓展到大中小型电动汽车、电力储能、后备电源、电动工具与航模等各个领域。锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程屮，LT在两个电极Z间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表⑹。其反应的化学方程式为：负极：6C+x厶厂+x*目匪C6Zz；正极：LiCoO2@亜Li—CoO?+xL

6、i++xe~2.2锂离子电池特点锂离子电池由于兼具高比能量和高比功率的显著优势，被认为是最具发展潜力的动力电池体系。相比英他电化学电流，锂离子电池有着很多自身的优点，即重量轻、储能容量大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围广等；但是，由于其工作过程中需要保持高温，有一定安全隐患，电池安全性不高。由此也决定了锂离子电池可应用于电能质量，可靠性控制，备用电源，削峰填谷，能量管理，可再生储能等方面⑺。3锂离子电池的关键技术冃前制约大容量锂离子动力电池应用的最主要障碍是电池的安全性，即电池在过充、短路、冲压、穿刺、振动、高温热冲击等滥用条

7、件下，极易发生爆炸或燃烧等不安全行为。根据PH.Biensan等⑻的研究证明：锂离子电池在滥用的条件下有可能达到使铝集流体熔化的高温(>700°C),从而导致电池出现冒烟、着火爆炸、乃至人员受伤等。因此，解决安全问题是首要关键技术。2.1电极材料的选择(1)负极材料的安全性。目前，商业化的锂离子电池多采用碳材料为负极，在充放电过程屮，锂在碳颗粒中嵌入和脱出，从而减少锂枝晶形成的可能，提高电池的安全性，但这并不表示碳负极没有安全性问题⑼。(2)正极材料的安全性。正极材料的安全性主要包括热稳定性和过充安全性。目前，常见的锂离子电池止极活性材料有LiC

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