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“足够好”老爷子获得诺贝尔化学奖,因为锂电Goodenough
2020-12-31

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今年的诺贝尔化学奖授予了 John B Goodenough,M·Stanley Whittingham和Akira Yoshino,以表彰他们在锂离子电池发展上所做出的贡献。尤其John Goodenough成为史上最高龄的诺奖得主,其一生对于锂电池的探索尤为令人敬佩,磷酸铁锂(LiFePO4)作为他的重要贡献之一,是目前最安全的锂离子电池正极材料。

 

锂电,尤其是磷酸铁锂在数据中心和通信基站的应用,就如同老爷子的名字一样,已经Goodenough了!锂电池因其体积小、重量轻、能量密度高、易用性强,寿命长、循环次数数倍于铅酸电池等优势,在数据中心、通信基站和电动汽车等领域得到广泛使用。

 

数据中心

根据Uptime全球数据中心调研显示,有10%的数据中心已经采用锂电池作为后备能源。因为,对于数据中心行业来说,能否最大限度地利用现有空间,最大限度减少运营费用,特别是UPS电源冷却能耗,电池维修和电池更换服务费用尤为重要,而锂电池因其优良的性能成为解决这些问题的关键。

 

通信基站

在5G网络的演进过程中,站点总功耗增大。传统铅酸因其体积大、重量重、寿命短、性能差等劣势而无法支撑站点平滑扩容来匹配5G演进。锂电因其在体积小、重量轻、寿命长、性能好等方面的优势,能够使站点平滑演进来支持5G接入,同时提升站点价值。因此,锂电储能已成为5G站点备电首选。目前全球已有超过200个电信运营商采用了锂电池储能。

 

在数据中心和通信基站,普遍采用的是磷酸铁锂和三元锂两种电芯。而磷酸铁锂是目前最安全的锂离子电池正极材料,不含任何对人体有害的重金属元素,而且相对三元锂来说,磷酸铁锂可靠性更高,更符合数据中心与通信基站的高可靠需求。

 

磷酸铁锂优在何处

一、更优的结构带来更强的性能

磷酸铁锂热稳定性高、产热速率慢,产热少

磷酸铁锂在过充、过放情况下不释放氧元素

二、测试验证磷酸铁锂更稳定

1、测试方法:

• 针刺测试验证电芯在内部短路情况下的稳定性

• 将充满电的单体蓄电池固定

•用直径 8mm 的耐高温钢针以 25mm/S 的速度

• 从垂直电芯极板方向贯穿电芯几何中心,钢针留在电芯中,观察 1h

2、测试结论:

• 磷酸铁锂在针刺(内部短路)后,电芯内部反应热量小,电芯表面最高温度仅80℃,电芯不起火,不漏液,电芯壳体完整

• 三元锂在针刺(内部短路)后,电芯内部剧烈反应,短时产生大量热及氧气,1秒内燃烧,4秒内热失控,表面最高温度达458℃,壳体融化

 

锂电虽然在技术上有了一定的提高,也有了实践效果,但是在具体应用中还存在不少问题。比如:

l  因电芯内阻、容量等不一致、配电的差异等导致的柜间放电不均流,尤其是在短时大电流放电时,造成电池柜逐个过流保护。

l  锂电系统在应用过程中,无法避免部分失效率的问题,这个时候就会有新旧电池柜并联使用的场景。新旧电池柜混用因内阻、容量的不一致,会导致严重偏流,甚至导致单电池柜过流断开。

l  单组电池内电芯内阻容量等不一致,导致单电芯充电过压,使得整个电池系统无法充满电。

l  单串电池组内某个电池模块故障,引起整组电池无法正常工作。

l  当锂电入列微模块数据机房,假如锂电柜内发生火灾,如何将火灾控制在机柜内部,不扩散到周边设备?

l  如何防止基站电源被盗问题?