鐵鋰電池的應用概述

葉煥英

摘 要：近兩年來，磷酸鐵鋰電池進入一個新的快速增長周期，其應用的范圍和程度不斷擴大。特別是今年初國家針對新能源汽車的政策性補貼正式啟動后，新能源車的種類和數量將快速增長。今后，鐵鋰電池必將在新能源車、通訊儲能、電動船舶、 調峰電廠等方面的發展更加迅猛。

關鍵詞 ：鐵鋰電池;新能源;通訊;應用

1、引言

隨著當今社會的快速發展，能源危機不斷上升，環保要求越來越高。因而亟需環保低碳的新能源動力電池，而鋰離子電池符合當代需求，其質輕、功率高、應用范圍廣、續航里程長等特點，已經成為當前新能源電池的主要角色。特別是磷酸鐵鋰電池，在經濟環保方面的表現尤為突出，其安全性高、循環壽命長、成本低，應用廣泛，已成為我國動力能源主要來源。其中，在新能源車的應用占比最多，在通信儲能，電動船舶，調峰電廠方面的應用也很多。

2、鐵鋰電池在新能源車方面的應用

2.1 在新能源汽車領域的應用

去年以來 ，鐵鋰電池的應用市場逐漸回暖，獲得一個新增長周期，特別是去年寧德時代與特斯拉“無鈷電池”的合作，讓鐵鋰電池重獲新春，其電動車搭載用鐵鋰電池將鐵鋰電池的應用市場迅再一次強勢推開。受國產多款鐵鋰電池電動車型銷量大的影響，鐵鋰電池在車用市場的裝機量大增。據行業統計數據顯示，2020年我國鐵鋰電池總銷售額同比增長49.2% ，在不同動力電池類型中，鐵鋰電池唯一實現了同比增長。2021年初，國家針對新能源汽車的政策性補貼正式啟動，給新能源車指明了方向。從主體趨勢看，新能源車已經借由國家政策為推手，向市場需求的方向發展。從國內的產業布局來看，以寧德時代為首的國內電池企業都在進行鐵鋰電池的產能提高建設。從總體看，隨著各大新能源車加快推出鐵鋰電池車型，電池企業的制造成本將進一步降低，鐵鋰電池在新能源汽車的競爭優勢將更加凸顯。

2.2在電動自行車領域的應用

鐵鋰電池在電動自行車領域的應用取得了很好的成績。因其輕便快捷，國內兩輪電動車的銷量不斷走高。特別是在共享經濟的持續影響下，共享電動自行車大量投放市場，其產銷量再一次走高。在寧德時代等龍頭企業與共享電動單車企業的合作帶動下，鐵鋰電池的產銷量明顯增加，一些原本以三元電池、錳酸鋰電池為主的自行車電池企業轉攻鐵鋰電池，近年來鐵鋰電池在市場上的占比還將大幅增加。特別是在持續影響下，人們的消費方式和出行方式發生了改變，同城快遞、共享單車的需求量大幅上升，電動自行車便捷、清潔的優點，成為民眾最喜愛的交通工具之一。

2.3 在重型車領域的應用

鐵鋰電池在重型車上的應用也在不斷拓展。許鵬、張華堂等[1]響應環保要求，為了減少井下作業時傳統用油裝載重型卡車的尾氣排放污染，提出了礦井用電動寬體車的新型動力系統方案。該方案通過采用純電動配套裝置代替采用傳統燃油的動力方式，而新方案的動力電池就是選用當今熱門的鐵鋰電池。該新型動力系統能夠實現使用過程中能量的循環再利用，再下坡需要制動的時侯通過回收能量給電池進行充電，而在平路或上坡時通過放電提供前進的動能，緊扣當今環保主題，達到節能減排的目的。通過工信部最新公示的一批《道路機動車輛生產企業及產品公告》顯示，采用新能源的物流專用車型中由16款是重型卡車，而其中有10款搭載的是鐵鋰電池動力系統。目前，電動重型卡車已經憑借優越的經濟性，被越來越多的領域所采用，例如鐵路、港口、鋼鐵廠等。

2.4在其他領域動力車型的應用

代偉等[2]通過鐵鋰電池與傳統的鉛酸蓄電池在軌道交通運輸中的應用進行對比，通過北京地鐵8號線進行改造實驗，采用高安全浮充式防火型鐵鋰電池替換原有鉛酸蓄電池，通過實際效果對比分析，為軌道交通運輸用動力電池提供了新的途徑。鐵鋰電池的安全性高，在出現電池變形損壞的嚴重情況下，也不會發生冒煙起火等危險事故。而且鐵鋰電池的體積小，占地面積僅僅是傳統蓄電池的67%，重量也只有傳統蓄電池的34%，因其質輕體積小，機房狹小空間內的利用率和美觀度大大提升。

為了降低在隧道施工過程中對環境的污染，同時給施工作業人員提供一個相對健康的作業環境，楊君華等[3]人創新采用新能源牽引機車——鋰電池牽引機。通過45t 鋰電池牽引機車進行試驗，在長大隧道中的測試結果顯示，在不同試驗數據下，其牽引力強，充電快捷，續航能力強，運行速度快，滿足長大隧道的要求。且鋰電池的熱穩定性比傳統電池好，滿足不同地區高寒高熱氣候的需求;整車不但在制動系統方面呈現出安全可靠，靈敏便捷的特性，而且節能環保無污染，經濟性好，推廣價值高。

3、在電動船舶領域的應用

侯錦福等[4]對動力鋰電池展開參數分析，并對鋰電池在電動船舶的應用進行實例研究。實例通過“深海01”輪進行“柴油發電機組+動力電池組”進行實驗研究。通過試驗，該試驗船最終滿足了預先規定的速度和航行時間的要求（純動力電池下航速7 海里/時穩定行駛時長≥2小時），以及兩個動力機組并用時全功率運行穩定的要求，在航行試驗過程中沒有發生任何安全性故障或報警，表明該動力電池系統符合設計相關要求。

而今電力系統已經在船舶領域快速推廣。相比傳統燃油的成本，鐵鋰電芯在船舶領域已凸顯其經濟性。安全性方面 ，鐵鋰電池使船舶在加速啟動時更好操控，也具備在船舶領域應用的其它配套技術條件。鐵鋰電池具有安全性高、成本低、性能均衡、壽命長等諸多優點，可成為當今船舶動力的最優系統。

4、在通訊領域的應用

鉛酸蓄電池工業化生產和應用早、技術成熟，因其性能相對穩定、應用廣泛，但其鉛污染的風險較高，容易造成環境污染，危害人體健康;且其本身體積大，容易浪費緊缺的空間資源，本身質量高顯笨重等因素，對通訊行業的機房選址和機房改造形成限制性約束;其能量密度較低，在增加其容量時，占地面積也不可避免地相應增大，而當下流行的5G 基站功耗是 4G 的 3 倍，因此傳統蓄電池想要滿足 5G 基站的電源要求很難。鐵鋰電池的能量密度雖然也不高，但其質輕、體積小、放電功率高等優勢，能夠機房節省空間;同時，因為鐵鋰電池溫度適應性較強，循環次數高等性能優點，可以通過適當調高機房的工作溫度，節省機房內制冷設備的耗電量。

去年上半年，中國移動和中國鐵塔等企業先后對5G 基站的備用電源——儲能鐵鋰電池項目進行對外招標。預計未來兩年間，5G 基站的備用電源需求量將大增。近年來國內將新建以及改造近 1500萬個左右的基站，5G 基站儲能用鐵鋰電池的需求達155 GWh，市場價值很客觀。

5、在調峰電廠領域的應用

為解決傳統火電機組引起污染環境、能源耗費大等問題，風能、光能、潮汐能等新能源已分別引進發電領域。但是這類新能源的發電存在隨機性、間歇性等不可控因素，伴隨著日益增大的裝機量，電網調頻需要儲備的電容量不足的問題越來越明顯。段志鵬等[5]利用作為新型的儲能技術的鐵鋰電池具備反應快、功率輸出可調性強，調節方向易操控等特點，將其與常規調損技術結合使用，使其成為電網調頻的可靠輔助手段。通過實際調峰過程控制曲線進行比較可以得到，利用鐵鋰電池進行儲能整合過的合力曲線明顯比傳統機組單力曲線要好，合并儲能系統可以進行快速有效的修正和補償與 AGC 指令之間存在的偏差。AGC 指令臨時更新時，合并儲能系統在 1s 內即可完成相應的調整和控制，在指令反向調節變化的過程中，其優良的特性和良好的修正效果更加凸顯。

6、 結語

隨著經濟社會的發展，環保節能的要求越來越高，鐵鋰電池由于其獨特的優越性能，是目前能同時滿足環保節能和經濟發展雙需求的理想動力電源。在動力系統的不斷更新迭代中，陸上交通運輸的全面電動化之大勢不可逆;船舶動力電動化也加速推進，儲能領域，調成電廠也會成為鐵鋰電池的后繼大戰場，鐵鋰電池會在這些領域大放異彩。國家在其研發技術上投入了大量的資源，將來必將得到更大的發展空間。當然，隨著產銷量的大量增加，回收再利用問題也得到了相應的重視。

參考文獻：

[1]徐鵬，張華堂.新型礦用純電動寬體車動力系統設計[J].現代礦業，2019，3（3）

[2]代偉，張斌，陳林.磷酸鐵鋰電池在城市軌道交通中的應用[J].都市快軌交通，2021，34（4）

[3]楊軍華.新能源鋰電池牽引機車在長達隧道施工中的應用[J].中國設備工程，2021，04（03）

[4]侯錦福，張樺育.電力推進船舶的鋰電池應用[J].技術交流，2021，03（008）

[5]段志鵬，韓冰.磷酸鐵鋰電池儲能系統在調峰電廠中的應用[J].科技創新與應用，2021，28（06）