鋰電池安全 有量提新解方

文╱張秉鳳

工商時報【文╱張秉鳳】

最近全球各地儲能系統火燒事件頻傳,10月挪威電動船也發生起火事件,鋰電池安全問題從電動車、儲能系統再到電動船舶一再地發生,如何提高鋰電池在電動車、電動船舶、儲能系統等大型應用的使用安全性,以保護乘客與使用者的生命安全與財產損失,成為全球鋰電池業界重視與關心的公共議題。

有量科技指出,現在主流的三元及鋰鐵電池,或是未來的矽碳負極,由於充電後負極電位會接近鋰金屬電位,將有鋰離子析出,產生鋰晶枝而影響電池安全的問題;通常在低C rate慢慢充放電時比較沒有鋰晶枝的問題,但瞬間大電流充放電時,例如電動車瞬間加速大電流放電或瞬間減速電池回充,以及太陽能、風力發電瞬間大幅波動的電流進入儲能系統中,這些都是產生鋰晶枝影響鋰電池安全性的因素。

電動車龍頭品牌Tesla的解決方案是試著加裝超電容,讓超電容去承擔瞬間大電流充放電時帶給鋰電池系統的安全性風險。有量科技也提出相應的解決方案,利用不同鋰電池混搭方式,搭配一個對瞬間大電流充放電能夠適應的LTO電池,以避免三元或鋰鐵電池承受過多電流的波動,造成鋰晶枝析出的安全問題。

有量科技總經理程敬義表示,電池混搭的儲能系統構想以前就有,最近再提出來主要是看到韓國儲能系統火災事件頻繁,中國大陸的情況也很嚴重,讓混搭的儲能系統構想更具體。

程敬義分析指出,韓國儲能系統火災事件超過28起,其中一個原因就是太陽能發電板因陽光受到雲層的遮擋與雲走後造成的瞬間電流大幅波動衝擊儲能系統,這些影響不在當初儲能電池系統設計考量範圍,韓國鋰電池系統多用NMC三元正極材料,這種材料對鋰晶枝析出抵抗力是最差的。

程敬義建議,未來搭配太陽能及風能發電的儲能系統應可混搭的電池,在整個儲能系統設計中,主要電池採用三元或鋰鐵電池,少部分可用LTO鋰鈦氧電池,以LTO鋰鈦氧材料對鋰晶枝析出擁有最強的抵抗力優勢,降低太陽能及風能發電常出現瞬間大電流波動對電池安全性的衝擊。

程敬義認為,儲能系統若是用在削峰填谷,只用三元或鋰鐵電池就足夠了,因為充放電很穩定,晚上慢慢充電,白天慢慢放電;若配合太陽能及風能發電,儲能系統就必須搭配一部份LTO電池做為緩衝,使用比例數量可根據瞬間電流波動的試算去設計,例如1MWh的儲能櫃,可使用1/10的LTO電池,1MWh儲能櫃通常會有6-7個支路併在一起,其中一個支路是LTO,若是穩定的電流,ESM管理系統可讓某幾個支路或全部支路充電,若突然有快速波動的電流出現,就優先讓LTO支路充電。LTO電池雖然價格較高,好處是很耐操、壽命長,也許10年後儲能系統中的三元或鋰鐵電池已汰換更新,但LTO電池仍能持續在工作。

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