上一節(jié)分析了福建省儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題，本章將針對(duì)性地提出福建省鋰離子電池及鈉離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線和創(chuàng)新路徑，以期進(jìn)一步鞏固儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，助力福建省儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

一、儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線

（一）鋰離子電池技術(shù)路線

1.研發(fā)重點(diǎn)

（1）原材料的制備

目前，正極材料性能改善技術(shù)主要有單一元素?fù)诫s改性、元素共摻雜改性、表面修飾改性、材料納米化改性。為了改善電池的安全性、提高電池的能量密度和循環(huán)壽命，應(yīng)積極研發(fā)新型隔膜材料以改善電池性能；聚離子液體不僅有離子液體熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)合了聚合物固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，在制作過程中不易漏液且易加工。因此，離子液體電解質(zhì)應(yīng)作為鋰離子電池原材料制備的重點(diǎn)研發(fā)方向。

（2）電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)的主要功能是對(duì)電池進(jìn)行充放電管理、均衡管理、熱管理，對(duì)SOX進(jìn)行精確估計(jì)。電池管理系統(tǒng)對(duì)電池的安全起著至關(guān)重要的作用。目前，電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵問題或難點(diǎn)包括電池狀態(tài)的估計(jì)、電池的均勻性、電池的熱管理以及電池充放電管理。

（3）電池性能測(cè)試

電池性能測(cè)試主要分為循環(huán)壽命測(cè)試、充放電性能測(cè)試、電池應(yīng)用性能測(cè)試。在電池研發(fā)過程中的循環(huán)壽命測(cè)試不僅耗時(shí)且價(jià)格昂貴，需要對(duì)測(cè)試方案進(jìn)行優(yōu)化。鋰電池的充放電測(cè)試方法包括恒流充電、恒壓充電、恒流放電等。目前，對(duì)鋰電池安全性的認(rèn)識(shí)仍然不全面，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系仍然不完備，福建省相關(guān)的電池測(cè)試企業(yè)較為缺乏。

2.發(fā)展目標(biāo)

基于上述分析，提出以下發(fā)展目標(biāo)（如圖1所示）：2025年，福建省鋰離子儲(chǔ)能電池的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值為1000億元，目標(biāo)產(chǎn)能為30 GWh，能量密度超過300 Wh/kg，循環(huán)壽命超過1萬次，電池成本低于0.8元/Wh。2030年，福建省鋰離子儲(chǔ)能電池的能量密度超過350 Wh/kg，循環(huán)壽命超過1.5萬次，電池成本低于0.6元/Wh。

圖1  鋰離子儲(chǔ)能電池技術(shù)路線

（二）鈉離子電池技術(shù)路線

1.研發(fā)重點(diǎn)

（1）原材料的制備

鈉離子電池的主要正極材料有層狀氧化物、普魯士藍(lán)（白）和聚陰離子材料等。層狀氧化物的缺點(diǎn)在于較快的可逆容量衰減、較差的空氣穩(wěn)定性以及較低的倍率性能等；聚陰離子材料雖然具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，但是成本較高、能量密度性能較差。對(duì)于正極材料來說，提高工作電壓從而提升電池能量密度，是一種有效策略。

硬碳材料具有儲(chǔ)鈉比容量高、儲(chǔ)鈉電壓低、循環(huán)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前首選的負(fù)極材料。但是在高倍率負(fù)極材料的制備方面仍有優(yōu)化的空間。因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)新的負(fù)極材料是提升負(fù)極材料性能的重要研究方向之一。

（2）電池管理系統(tǒng)

電池安全管理仍然是鈉電池需要突破的瓶頸。在電池管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)方面，鈉離子電池與鋰離子電池差異較小，對(duì)鈉電池進(jìn)行充放電管理、均衡管理、熱管理，對(duì)SOX進(jìn)行精確估計(jì)，依然是鈉電池管理系統(tǒng)需要改進(jìn)和突破的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）電池性能測(cè)試

鈉離子儲(chǔ)能電池性能測(cè)試是保證電池安全使用的關(guān)鍵步驟。電池性能測(cè)試主要分為循環(huán)壽命測(cè)試、充放電性能測(cè)試、電池應(yīng)用性能測(cè)試，其測(cè)試方法與鋰電池差異性較小。

相較于鋰離子電池而言，目前福建省關(guān)于鈉離子電池的相關(guān)安全測(cè)試設(shè)備和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)較少，主要測(cè)試企業(yè)和測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商較為缺乏，且對(duì)鈉電池安全性的認(rèn)識(shí)不全面，未形成完善的評(píng)價(jià)體系和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

2.發(fā)展目標(biāo)

基于上述分析，提出以下發(fā)展目標(biāo)（如圖2所示）：2025年，福建省鈉離子儲(chǔ)能電池的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值為300億元，目標(biāo)產(chǎn)能為10 GWh，能量密度超過180 Wh/kg，循環(huán)壽命超過6000次，電池成本低于0.6元/Wh。2030年，福建省鈉離子儲(chǔ)能電池的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值為400億元，目標(biāo)產(chǎn)能為20 GWh，能量密度超過230 Wh/kg，循環(huán)壽命超過1萬次，電池成本低于0.4元/Wh。

圖2   鈉離子儲(chǔ)能電池技術(shù)路線

二、儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新路徑

（一）科學(xué)布局，開發(fā)新型儲(chǔ)能電池材料儲(chǔ)能電池的性能提升主要依靠新型儲(chǔ)能電池材料的研發(fā)，這對(duì)儲(chǔ)能電池的大規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。福建省應(yīng)充分發(fā)揮寧德時(shí)代、廈鎢新能源等行業(yè)龍頭的帶頭作用，圍繞儲(chǔ)能鋰電池，針對(duì)電池正負(fù)極材料、隔膜及電解液等關(guān)鍵核心技術(shù)，開展技術(shù)專項(xiàng)攻關(guān)。通過材料改性、研發(fā)新型添加劑等手段，提高電池材料性能，進(jìn)一步提高儲(chǔ)能鋰電池性能，降低成本。

因鋰礦資源有限等問題，需探索開發(fā)新型儲(chǔ)能電池，因此在發(fā)展鋰離子電池的同時(shí)，協(xié)同推進(jìn)鈉離子電池關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。發(fā)揮寧德時(shí)代在鈉離子電池領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開展鈉離子電池電化學(xué)機(jī)理研究，探索研發(fā)不同材料體系，通過研發(fā)創(chuàng)新性材料，提高鈉離子電池循環(huán)壽命。推動(dòng)鈉離子電池與鋰離子電池產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)發(fā)展，與鋰離子電池相互補(bǔ)充、相互支撐，降低關(guān)鍵礦產(chǎn)資源依賴度，突破電化學(xué)儲(chǔ)能成本瓶頸。

（二）因地制宜，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局

依據(jù)福建省的地域特點(diǎn)、能源發(fā)展情況等，在風(fēng)電、核電、漁業(yè)供電和分布式光伏等領(lǐng)域配置儲(chǔ)能。福建丘陵多、平原少，許多地方地多人稀，應(yīng)結(jié)合國(guó)家政策，大力支持發(fā)展分布式光伏儲(chǔ)能，加大光儲(chǔ)一體化建設(shè)，逐步深入光伏電站與新能源儲(chǔ)能企業(yè)合作。

充分發(fā)揮福建省光能、風(fēng)能等資源優(yōu)勢(shì)，依托福建省產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，統(tǒng)籌考慮環(huán)境承載能力，打造和升級(jí)儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)集群。南平、三明、龍巖等地區(qū)石墨、氟新材料資源充裕，寧德時(shí)代全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)較為完善，廈門儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)布局逐漸深入。福建省需要依托本省產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，充分利用南平、三明、龍巖等地區(qū)的生產(chǎn)資源基礎(chǔ)，充分發(fā)揮廈門、寧德等國(guó)家級(jí)和省級(jí)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地的引領(lǐng)作用，通過人才引進(jìn)等，逐步將技術(shù)向園區(qū)、基地集中。鼓勵(lì)寧德建成世界鋰電之都，在寧德時(shí)代龍頭企業(yè)帶領(lǐng)作用下，逐步在漳灣、七都等工業(yè)重鎮(zhèn)布局更多小微園區(qū)，引進(jìn)更多產(chǎn)業(yè)鏈配套企業(yè)，大力發(fā)展儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)。

（三）強(qiáng)化企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新能力

持續(xù)創(chuàng)新是產(chǎn)品質(zhì)量提升的關(guān)鍵，也是企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的重要后備支撐。隨著儲(chǔ)能電池下游應(yīng)用領(lǐng)域需求增長(zhǎng)，推動(dòng)儲(chǔ)能電池的安全性、能量密度、循環(huán)能力等性能提升的要求越來越高，這需要相關(guān)企業(yè)大膽革新，強(qiáng)化企業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新能力，促使儲(chǔ)能電池技術(shù)不斷進(jìn)步。福建省儲(chǔ)能電池企業(yè)要始終以客戶為導(dǎo)向，持續(xù)加大研發(fā)投入，提高產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（四）探索多種儲(chǔ)能商業(yè)模式

探索共享儲(chǔ)能模式，提高儲(chǔ)能電站利用率，激勵(lì)新能源電站以多種形式配置儲(chǔ)能。在用戶側(cè)，探索儲(chǔ)能聚合應(yīng)用，鼓勵(lì)分散式儲(chǔ)能設(shè)施的聚合利用，發(fā)揮對(duì)負(fù)荷削峰填谷作用。對(duì)大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施進(jìn)行分散，對(duì)小規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施進(jìn)行聚合，參與需求側(cè)響應(yīng)，創(chuàng)新能源負(fù)荷雙向互動(dòng)。創(chuàng)新投資運(yùn)營(yíng)模式，鼓勵(lì)發(fā)電企業(yè)、獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合投資新型儲(chǔ)能項(xiàng)目，通過市場(chǎng)化方式合理分配收益。

（五）加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)

為了研發(fā)更安全、成本低、長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)能電池，建議福建省內(nèi)企業(yè)、高校以基礎(chǔ)材料和反應(yīng)機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，加大對(duì)原材料、電芯、管理系統(tǒng)等相關(guān)基礎(chǔ)研究，持續(xù)進(jìn)行理論和技術(shù)上的創(chuàng)新。加強(qiáng)福建省各高校中電化學(xué)電池、新能源綜合利用、電力運(yùn)行與控制等相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)的人才培養(yǎng)，為福建省內(nèi)儲(chǔ)能電池企業(yè)輸送一批具有持續(xù)創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識(shí)和高穩(wěn)定的優(yōu)秀人才。同時(shí)，各企業(yè)也需要重視儲(chǔ)能電池領(lǐng)域科學(xué)家和工程師的培養(yǎng)力度，為提升福建省儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力搭建人才“蓄水池"。(作者：歐凱 李雨吳川 王亞雄)