2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉酒店圓滿(mǎn)召開(kāi)，來(lái)自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專(zhuān)家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話(huà)題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。

大會(huì)期間，中國(guó)鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師鞏欣，在“通信儲(chǔ)能專(zhuān)場(chǎng)”，以《動(dòng)力磷酸鐵鋰電池梯次利用在通信基站當(dāng)中的應(yīng)用》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。

中國(guó)鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師鞏欣

鞏欣：各位來(lái)賓，大家好！我是中國(guó)鐵塔股份有限公司通信技術(shù)研究院鞏欣，我演講的題目是《動(dòng)力磷酸鐵鋰電池梯次利用在通信基站當(dāng)中的應(yīng)用》。在前兩年我們對(duì)此就有所涉獵，我們對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行了嘗試和研究，可以說(shuō)動(dòng)力磷酸鐵鋰電池梯次利用在鐵塔來(lái)說(shuō)開(kāi)了一個(gè)頭，將來(lái)能否廣泛應(yīng)用還要看我們今后如何去操作和運(yùn)用這個(gè)方式。

我的演講分四個(gè)部分。第一是梯次利用與再生利用的社會(huì)價(jià)值。這是一個(gè)宏觀的主題，從低碳經(jīng)濟(jì)的需求，李克強(qiáng)總理6月30日召開(kāi)氣候大會(huì)時(shí)在法國(guó)宣布了中國(guó)的減排承諾，目前來(lái)看磷酸鐵鋰電池在全國(guó)汽車(chē)行業(yè)大規(guī)模開(kāi)始應(yīng)用，在這種情況下將來(lái)磷酸鐵鋰電池淘汰下來(lái)之后該如何使用成為了一個(gè)大的問(wèn)題。循環(huán)經(jīng)濟(jì)從目前來(lái)說(shuō)我們國(guó)家相應(yīng)的貴重金屬以及相應(yīng)的能源并不樂(lè)觀，所以從幾方面來(lái)說(shuō)加上我們將來(lái)大量的退役電池報(bào)廢可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染，所以如何利用和使用這些報(bào)廢的電池和淘汰下來(lái)的電池使，使它能發(fā)光發(fā)熱甚至利用它的殘余價(jià)值為我們做事情是我們的目的和目標(biāo)。

我講的第二部分是梯次利用的技術(shù)方案。這是鐵塔在相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中做的嘗試，尤其是基站領(lǐng)域做出技術(shù)方案和使用方式的探索，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中我們大概目前已經(jīng)走了1-2年的時(shí)間。我們所說(shuō)的梯次動(dòng)力電池的利用是指在電動(dòng)汽車(chē)上退役的磷酸鐵鋰電池的二次使用。從使用上來(lái)講，剛才主持人已經(jīng)介紹過(guò)了，磷酸鐵鋰電池在使用當(dāng)中和鉛酸電池有一些區(qū)別，那么它有它的優(yōu)勢(shì)。從右邊的表來(lái)看它的循環(huán)壽命是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸電池的，目前通信行業(yè)所使用的鉛酸電池它的循環(huán)次數(shù)往往在200次以?xún)?nèi)，鐵塔目前檢測(cè)的指標(biāo)達(dá)到符合鐵塔使用要求的鉛酸電池100%DOD充放循環(huán)次數(shù)是100次。我們的磷酸鐵鋰電池從單只的循環(huán)放電次數(shù)來(lái)說(shuō)目前很多廠(chǎng)家可以做到四五千次，成組來(lái)說(shuō)雖然有一個(gè)比較大的下降，這個(gè)規(guī)模也就是循環(huán)的次數(shù)來(lái)說(shuō)也是在千次級(jí)的1000-2000次的水平，所以循環(huán)壽命次數(shù)是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸電池的。鐵鋰電池相應(yīng)的能量密度比以及大電流放電特性還有綠色環(huán)保方面也優(yōu)于鉛酸電池，相對(duì)來(lái)說(shuō)它的質(zhì)量比能量、體積比能量、功率等等這些指標(biāo)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸電池，也就造就了它能夠在空間狹小的環(huán)境當(dāng)中快速布放，因?yàn)轶w積小同時(shí)重量也相對(duì)輕很多。同時(shí)由于使用溫度上來(lái)說(shuō)它相對(duì)比鉛酸電池要寬一些，所以使用的場(chǎng)景受限性小一些，這也就是它的優(yōu)勢(shì)所在。

這張表是鋰離子電池容量倍率特性的曲線(xiàn)表，實(shí)際上從我們整個(gè)的表來(lái)看它放出的容量是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸電池的，而且使用的環(huán)境溫度也要優(yōu)于鉛酸電池，這也就是我們通信行業(yè)在近十年當(dāng)中一直摸索使用想在某些場(chǎng)景當(dāng)中用磷酸鐵鋰電池替代鉛酸電池的思路。毋庸置疑的是磷酸鐵鋰電池包括其他類(lèi)型的鋰電池也有它相應(yīng)的問(wèn)題，首先從安全性上講高低溫對(duì)電池的安全性是有很大影響的。低溫性能在低溫環(huán)境下鋰離子電池的容量會(huì)急劇降低電池內(nèi)阻增大，電池充放電時(shí)負(fù)極材料折出形成了金屬單體鋰，形成了鋰枝晶。隨著在低溫下循環(huán)次數(shù)的不斷增加，鋰枝晶的范圍不斷擴(kuò)大，有可能會(huì)穿刺電池內(nèi)部的正負(fù)極，使電池發(fā)生內(nèi)部短路現(xiàn)象導(dǎo)致電芯熔化電池著火和爆炸等安全問(wèn)題。這是低溫下的情況。高溫環(huán)境下高于55度時(shí)鋰離子電池的容量衰減速度非常快，也就是說(shuō)我們的鋰離子電池實(shí)際上并不是在所有的高溫情況下都是耐適用的，它的耐適高溫也是有一個(gè)范圍的。在55度下的場(chǎng)景當(dāng)中衰減相對(duì)慢一些，但是超過(guò)55度那么相應(yīng)的電池內(nèi)部一旦溫度大于90度固體電解質(zhì)發(fā)生分解加速了化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э匕l(fā)生，因此鐵鋰電池在高低溫的環(huán)境當(dāng)中是要有適用的溫度范圍的。

過(guò)充點(diǎn)對(duì)電池安全性的影響也是毋庸置疑的。鋰離子電池在過(guò)充電過(guò)程中大量的鋰從正極材料當(dāng)中脫離出來(lái)，電池的電壓和溫度在很短的時(shí)間內(nèi)快速上升釋放出大量的熱，當(dāng)電池達(dá)到一定的電壓時(shí)電解質(zhì)溶液就會(huì)發(fā)生氧化分解反應(yīng)，劇烈的化學(xué)反應(yīng)放出大量的熱量可能會(huì)產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象進(jìn)而發(fā)生燃燒和爆炸的安全事故。而且在行業(yè)內(nèi)，這種事故也是有些發(fā)生的，只是因?yàn)橛绊懨娌皇翘笏詻](méi)有造成大規(guī)模的影響。

同時(shí)過(guò)放電對(duì)電池安全性的影響也在我們研究的范圍之內(nèi)。鋰離子電池過(guò)放電是指在放電過(guò)程中放電電壓超過(guò)了電池額定放電的截止電壓，電池過(guò)放電可能會(huì)導(dǎo)致電池容量的衰減，電池發(fā)生內(nèi)短路，電池溫度出現(xiàn)異常出現(xiàn)熱失控等安全問(wèn)題；而外部短路這個(gè)就是意外情況下造成的，那么在使用過(guò)程當(dāng)中比如運(yùn)輸中電池組線(xiàn)路老化、振動(dòng)和碰撞等情況下發(fā)生的短路，發(fā)生外部短路的時(shí)候電池處于持續(xù)大電流放電狀態(tài)內(nèi)部溫度快速上升可能造成電池失效，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池的熱失控。

這是我們當(dāng)時(shí)和很多業(yè)內(nèi)廠(chǎng)家一起研究和發(fā)掘的技術(shù)應(yīng)用方案。梯次利用的方案目前來(lái)說(shuō)可以分為兩大方案。第一種方案是將退役動(dòng)力電池進(jìn)行集中拆解電芯集中篩選重新組成標(biāo)準(zhǔn)化模塊，上面這個(gè)模式。第二個(gè)方案是在退役動(dòng)力電池基礎(chǔ)上直接改造使用，下面的模式。我們下面這個(gè)模式拿來(lái)的電池不拆，在電池的前端加裝相應(yīng)的DC或者AC轉(zhuǎn)換器，DCDC轉(zhuǎn)換器或者DCAC轉(zhuǎn)換器把它直接接入開(kāi)關(guān)電源當(dāng)中使用作為備用電源。

這是對(duì)兩種技術(shù)方案流程的分析，。大家可以看到，實(shí)際上對(duì)這兩種方案來(lái)說(shuō)其實(shí)我認(rèn)為要求都不低。第一個(gè)方案來(lái)說(shuō)我們要首先進(jìn)行拆解，拆解之后篩選合格的電池把它再進(jìn)行容量分組之后制作成模塊組成常規(guī)使用的鐵鋰電池，而下面這個(gè)方案出廠(chǎng)之后直接連接我們的DCAC或者DCDC作為輸出電源來(lái)使用，這個(gè)方案看上去簡(jiǎn)單其實(shí)前一步的要求非常高，也就是大數(shù)據(jù)選配這一點(diǎn)要求電池整個(gè)的使用生命周期當(dāng)中數(shù)據(jù)可追溯，所以實(shí)際上從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝和整體流程要求也是非常高的。

這是我剛才說(shuō)到的兩個(gè)方案分析和對(duì)比的優(yōu)劣勢(shì)。從目前來(lái)說(shuō)，方案一質(zhì)量是能夠得到保證的，因?yàn)樗墙?jīng)過(guò)二次篩選的，但是存在拆分之后單體人工成本會(huì)增加，對(duì)我們的預(yù)期是有影響，我們考慮是梯次利用希望產(chǎn)品便宜是我們的出發(fā)點(diǎn)。這個(gè)產(chǎn)品可能大型的配組相對(duì)困難一些。方案二從生產(chǎn)的角度來(lái)說(shuō)，就是從梯次利用的角度來(lái)說(shuō)的確方案相對(duì)簡(jiǎn)單容量也高可以直接把它作為儲(chǔ)能電池用，但是就是我剛才強(qiáng)調(diào)的問(wèn)題因?yàn)樾枰鱿鄳?yīng)的篩選對(duì)前期鐵鋰電池廠(chǎng)家的要求是很高的，我的出廠(chǎng)入廠(chǎng)包括動(dòng)力汽車(chē)上的應(yīng)用情況是要有大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)才能使用的。同時(shí)這個(gè)東西我們生產(chǎn)出來(lái)的模組都是不統(tǒng)一的，因此安裝的空間包括體積大小沒(méi)有辦法做嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，所以這種產(chǎn)品可能生產(chǎn)出來(lái)會(huì)千差萬(wàn)別，不適宜我們?cè)诮窈蟮陌l(fā)展。為什么呢？今后的發(fā)展可能就是小型化了，很多的設(shè)備都在柜子里或者箱子里空間很受限，這種情況下如果這種產(chǎn)品體積又大、使用空間和環(huán)境又又沒(méi)有辦法標(biāo)準(zhǔn)化的情況下這種產(chǎn)品可能只能用在傳統(tǒng)的宏站當(dāng)中空間比較大的情況下使用，小的場(chǎng)景這種方案就不適合了。

第三部分是鐵鋰電池梯次利用我們做相關(guān)應(yīng)用評(píng)估和分析。這是初期高總組織的在一些省份和廠(chǎng)家參加試點(diǎn)的情況，大概組織了57個(gè)測(cè)試站點(diǎn)有10個(gè)廠(chǎng)家進(jìn)行了參與。實(shí)話(huà)實(shí)說(shuō)，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)是后來(lái)測(cè)試出來(lái)的結(jié)果，然后包括我們也請(qǐng)了我們泰爾實(shí)驗(yàn)室（音）的同志幫我們進(jìn)行了相應(yīng)的樣品測(cè)試分析。測(cè)試出來(lái)的數(shù)據(jù)顛覆了我的三觀，為什么這么說(shuō)呢？感覺(jué)它比我當(dāng)時(shí)2014年離開(kāi)鐵塔之后電池的水平一下上升了飛躍的臺(tái)階，因?yàn)槲依斫膺@是已經(jīng)用過(guò)的動(dòng)力電池，有這么好的表現(xiàn)甚至超過(guò)了原來(lái)大部分行業(yè)內(nèi)新電池的水平，這一下顛覆了我的三觀，所以我一開(kāi)始對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)很驚訝，經(jīng)過(guò)分析之后我認(rèn)為可能有兩種情況。一種情況是動(dòng)力電池沒(méi)使多長(zhǎng)時(shí)間鐵塔需要就拿來(lái)給我們做測(cè)試了，另一個(gè)是不是新電池我不知道，所以從目前來(lái)看不管試驗(yàn)數(shù)據(jù)是不是有一定的水分在里面，但是我認(rèn)為從二次利用的價(jià)值來(lái)說(shuō)鐵塔需要的是千次左右的循環(huán)，從這個(gè)曲線(xiàn)來(lái)看70%容量衰減到50%的階段循環(huán)次數(shù)在千次左右還是可以實(shí)現(xiàn)的，從放電曲線(xiàn)的趨勢(shì)來(lái)看。因此我還是認(rèn)為這個(gè)方案是可用的，就是說(shuō)我們?cè)陔妱?dòng)車(chē)上報(bào)廢下來(lái)的電池在基站當(dāng)中還是大有可為的。

這是我們?cè)诤邶埥貐^(qū)使用的一種方案，這個(gè)方案是我剛才說(shuō)到方案二的情況。也就是說(shuō)我們?cè)谇岸搜b了一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置而使用的大電池包，也就是說(shuō)我們?cè)谇捌诩覦CDC轉(zhuǎn)換設(shè)備直接把它引到了開(kāi)關(guān)電源的交流側(cè)，把它作為一種備份油機(jī)或者備份市電的方式接入當(dāng)中，實(shí)際效果的確比較好。從實(shí)際效果來(lái)看這組電池的使用壽命很長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)有一個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看當(dāng)時(shí)基站斷電之后堅(jiān)持了20個(gè)小時(shí)，之后油機(jī)才上站對(duì)它進(jìn)行了補(bǔ)發(fā)電。這是梯次回收的渠道和費(fèi)用分析，目前來(lái)說(shuō)我們初步嘗試和分析大概有這么幾種方式。第一種回收方式是統(tǒng)一招標(biāo)的回收方式，優(yōu)點(diǎn)是集中處理發(fā)揮鐵塔的規(guī)模效益獲得較好的性?xún)r(jià)比服務(wù)，同時(shí)采購(gòu)梯次電池成本會(huì)比較低。但是缺點(diǎn)是會(huì)受下游回收市場(chǎng)變化影響大，定價(jià)能力偏低。第二種方式像我們現(xiàn)在跟行業(yè)內(nèi)的鉛酸電池廠(chǎng)家簽的協(xié)議是一種情況，我們要求提供電池的廠(chǎng)方做相應(yīng)的回收，我們用完了之后仍由這些提供電池的廠(chǎng)家把這些電池收回去。初始階段確定了回收消除了我們的顧慮，這是從我們的角度來(lái)說(shuō)。但是對(duì)于電池廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)他的實(shí)力要求包括回收成本還有等等一系列的問(wèn)題可能會(huì)對(duì)廠(chǎng)家有很大的影響。最后一種方式以租代售產(chǎn)權(quán)不轉(zhuǎn)移，分期付款、資金壓力小、產(chǎn)品所有權(quán)不在鐵塔無(wú)回收壓力，缺點(diǎn)就是改變?cè)胁少?gòu)體系內(nèi)部要協(xié)調(diào)資源需要適應(yīng)新型的服務(wù)，這個(gè)方案實(shí)際上很多的廠(chǎng)家也跑到我那溝通過(guò)，跑到高總那也溝通過(guò)相應(yīng)的思路。其實(shí)請(qǐng)大家理解的一點(diǎn)，我們是國(guó)企，在這個(gè)方案上頭很多的財(cái)務(wù)路線(xiàn)和管控路線(xiàn)是不好走通的，實(shí)際上這不失為一種選擇，但至少目前整個(gè)體系來(lái)說(shuō)這條路不太好打通。從目前來(lái)看我們所期望的，因?yàn)槿绻麑?lái)梯次利用電池利用效果好我們所期望的價(jià)格是希望它能夠成本價(jià)格降到至少和鉛酸電池騎平，這個(gè)鉛酸電池既包括現(xiàn)在常規(guī)使用普通的鉛酸電池也包括將來(lái)要采購(gòu)的高溫鉛酸電池這種種類(lèi)的電池，希望它的價(jià)格能夠控制在鉛酸價(jià)格以下，否則我們認(rèn)為利用率就不是太高，為什么呢？因?yàn)槿绻@樣可能在某些場(chǎng)景我采用新的鉛酸電池會(huì)更理想一些，因?yàn)槟菢訙p少了我們的維護(hù)成本。

從技術(shù)方面總結(jié)業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家們已經(jīng)有所共識(shí)，實(shí)際上在基站當(dāng)中使用磷酸鐵鋰電池在很多場(chǎng)景當(dāng)中是有應(yīng)用場(chǎng)景的，只是在管控和安全性方面需要加強(qiáng)，讓他們?cè)谝粋€(gè)可控的范圍內(nèi)進(jìn)行操作。經(jīng)濟(jì)性方面剛才我已經(jīng)介紹了，我們希望能夠把它做到又便宜又好，這樣可能鐵塔的采購(gòu)規(guī)模會(huì)逐步擴(kuò)大這方面的適用。因?yàn)檫@樣來(lái)說(shuō)對(duì)于鐵塔來(lái)說(shuō)是一個(gè)重資產(chǎn)公司，那么這方面會(huì)使公司整體得利。我今天的介紹就是這些，謝謝大家。