瑞达 年储能大会报告资料Final

铅炭电池及管式胶体电池研究2018年7月瑞达电源引领电池技术新方向目录炭材料瑞达铅炭蓄电池的开发瑞达OPzV蓄电池的介绍炭材料炭的同素异形体sp3杂化金刚石蓝丝黛尔石

sp2杂化石墨石墨烯富勒烯

sp杂化直链乙炔炭sp3Vsp2杂化

(混合）无定形炭炭纳米芽炭纳米泡沫

其他C1C2C3C8相关蜡石活性炭炭黑木炭炭纤维富勒烯聚合钻石纳米棒炭纳米管1.1不同形态的炭材料1.2各种功能性炭材料的SEM图及作用乙炔黑活性炭球型石墨异型石墨胶体石墨石墨烯（A公司)石墨烯（B公司)功能性炭材料的作用提高电导率电容贡献限制晶体生长增加形核位置炭表面的氧化析氢石墨结构中氢的插入电渗泵效应1.3功能性炭材料在蓄电池中应用

类别定义和蓄电池中的应用炭黑是一种无定形炭，蓄电池中使用的一般是导电炭黑。高结构炭黑颗粒细，网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量颗粒多，有利于在聚合物中形成链式导电结构，其中在众多炭黑品种中以乙炔炭黑为最佳。活性炭一种黑色多孔的固体炭质，在蓄电池中使用的有蓄电池专用活性炭和电容性活性炭石墨一种结晶形炭，在蓄电池中使用的有球型石墨、异型石墨、胶体石墨和纳米石墨炭纳米管一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，炭纳米管具有良好的导电性能，由于炭纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角石墨烯一种二维炭材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称，理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，石墨烯良好的导电性和导热性1.4功能性炭材料的一些参数炭表面积（m2/g)电容（F/g)导电性孔隙量（cc/g)炭黑50to17005to100+++0.1to0.3活性炭500to200050to200++0.5to1.3石墨1to201to5+++0to0.1石墨烯比表面积（m2/g密度（g/cm3)电导率（S/m)粒径（D50.um)

A50.13B≥120≤0.1≥4000≤10.01.5炭在铅酸电池中的作用炭材料

作用炭黑增加活性物质的导电性、提高活性物质的孔隙率、一般添加到负极石墨增加活性物质的导电性、提高活性物质的孔隙率、表面积不同，对蓄电池的性能影响不同、可以添加到正极和负极活性炭增加活性物质的导电性、提高活性物质的孔隙率、提供更多的PbSO4的结晶溶解位点，同时还有电容作用，改善蓄电池的充电接受能力、但是也加速蓄电池的析氢、一般用于负极碳纳米管形成稳定的导电网络、不能产生大颗粒的PbSO4，抑制蓄电池的硫酸盐化、可以添加到正极和负极石墨烯具有优良的导电性和散热性、提高活性物质的表面积、提高蓄电池的快速充电能力，可以添加到正极合负极瑞达铅炭蓄电池开发验证PbC®美国AxionPower技术日本古河及美国东宾技术2.1铅炭电池炭材料做负极或分散到负极极板中，提高导电能力降低硫酸盐化风险铅炭电池既有铅酸电池的特性又有超级电容器的特性高功率循环特性是普通铅酸电池的5-6倍快速充放电性能是普通铅酸电池的2-3倍解决电池在非正常工况下PSOC特性与循环寿命的问题中国主流技术2.2关于铅炭蓄电池的讨论

2017年11月在洛阳的会议上讨论铅炭蓄电池的标准，最初的要求总炭量为3%，也就是说功能性炭的加入量最少2.5%以上。现在铅炭蓄电池没有标准，那么多少的功能炭加入才能称为铅炭蓄电池呢

铅炭蓄电池：既然称为铅炭蓄电池就说明这个炭材料对蓄电池的性能有很大的影响，而且重量比也不会很小，现常见的蓄电池的负极活性物质中，总炭含量大约是0.8%左右（按照常见负极铅膏的加入0.5%的炭计算）。

我们认为功能性炭的加入量至少2%以上才能称为铅炭蓄电池。也有人说只要性能满足就可以了，炭材料1%以上就可以（大会修改标准），既然这样，铅炭蓄电池就失去了名称上的意义，2.3铅炭蓄电池的应用和要求2.3.1铅炭蓄电池的应用

根据铅炭蓄电池的特点，我认为主要应用于下列领域

储能用—POSC状态下的使用

启停蓄电池--EFB2.3.2铅炭蓄电池解决铅酸AGM存在的那些问题

解决负极不饱和充电情况下的硫酸盐化

提高蓄电池的充电接受能力

快速充电2.3.3储能用铅炭蓄电池和其他蓄电池的对比

性能指标铅碳电池锂离子电池液流电池钠硫电池锂离子

超级电容金钒锌工作电压（V)23.3~3.71.51.821.8~23.8~4.2能量密度（Wh/kg30~60130~20015~5075~85100~25020~50循环寿命（次）2000~40002500~50005k~10k2000~50002500100k~500k系统成本（元/kWh)1250~18002500~40004500~60002000~35002000~3000120k~200k每度电的系统成本

（元/kWh)0.45~0.70.9~1.20.7~1.00.8~1.20.9~1.20.5~1.0充放电效率80%~90%85%~98%60%~75%65%~75%70%~85%>90%工作温度12~25℃最佳低温性能差5~40℃20~25℃300~350℃-30~70℃安全性铅污染过热爆炸风险比较安全淡墨汽泄漏风险钠泄漏风险比较安全优点循环性能好、

度电成本低、

可回收比较量高、电平高、循环性能好、大倍率充放、环保一致性好、可靠性高、循环寿命长、规模大低成本、寿命长、大功率、深度放电、瞬间充电比能量大、高

功率放电循环寿命长、

功率密度大、

充放电快缺点比能量小、对

场地要求高成本高、不耐过充过放、安全性还需提高维护成本高、能量密度低对电池材料有腐蚀、自放电严重、维护成本高工作温度高、

过度充放电时很危险能量密度低、

初始投资大数据来自：

北极星储能网储能行业市场分析项目可行性研究报告2.3.4铅炭蓄电池的要求(开发定义）项目单位或者标准要求要求铅炭蓄电池AGM蓄电池比能量WH/Kg（10小时率放电）30-4030-4810小时容量按照GB/T22473或者IEC61427测试≥10小时≥10小时金太阳认证55次衰减30%≥90次≥55次循环耐久能力按照GB/T22473或者IEC61427测试≥5个周期≥3个周期充电接受能力按照GB/T22473或者IEC61427测试2.82.0充电恢复时间按照GB/T224736小时12小时低温容量按照GB/T2247390%80%2.4铅炭蓄电池的开发2.4.1炭材料的选择：从炭黑、乙炔黑、球型石墨、异型石墨、胶体石墨、活性炭、电容活性炭、炭纳米管和石墨烯等炭材料中选择供应商，从炭材料的相同参数和SEM图中选择合适的炭材料，2.4.2粘接剂的选择：加入的炭材料越多，和膏加水就越多，需要保证极板强度，就需要加入粘接剂。2.4.3极板配方试验：总共进行了近20钟配方的和膏试验，保证极板能够正常批量生产，同时进行相关测试2.4.4蓄电池组装：至少组装100多只不同配方的蓄电池的进行了对比测试2.4.5蓄电池设计：在确定配方的基础上，设计出更适合POSC（不饱合充电）情况下使用的蓄电池

2.4.6蓄电池的实际测试数据：金太阳标准CGC加速容量循环测试,参照标准CGC-R46011:2010《储能用铅酸蓄电池认证实施规则》不同配方的铅碳蓄电池的金太阳55次循环寿命测试对比配方类别添加功能性炭材料比例炭类别蓄电池型号10HR金太阳55次认证1A%方案112V100Ah10H30不合格B%方案112V100Ah10H31不合格2B%方案212V100Ah10H22不合格A%方案212V100Ah10H10不合格3B%方案312V100Ah10H12不合格A%方案412V100Ah10h03不合格4A%方案512V100Ah9h5265次5C%方案612V100Ah10H0080次6A%方案712V70Ah10H2596次A%方案712V90Ah10H17(9A）91次A%方案712V200Ah10h07(20A)105次

国内某品牌铅碳电池12V70

12V60Ah11H24（6A)86次2.5专利情况

专利类别专利名称专利号

申请日期发明专利耐深循环铅酸蓄电池极板及其制造方法ZL201010133907.72010/3/24发明专利石墨烯晶体材料的制备方法ZL201510029104.X2015/1/20发明专利耐高温铅碳蓄电池负极材料及其制造工艺ZL201510037783.52015/1/26发明专利铅碳蓄电池负极材料及其制造工艺ZL201510041649.22015/1/28发明专利石墨烯包覆铅复合材料及其制备方法、铅酸电池ZL201410154850.72014/4/17

OPzV管式胶体蓄电池3.1管式胶体蓄电池的设计特点管式胶体电池从正极板设计和电解质的角度改善电池的寿命特性和耐侯性；采用压铸式管状正极板设计，大幅提升了活性物质稳定性及极板耐腐蚀性；采用固态化的电解液设计，有效防止电解液的分层，并形成稳定的氧循环通道，长效特性更稳定可靠；固态水性电解质（非聚合物）以及相关隔离技术，基本杜绝了内部短路和热失控的风险；循环寿命较普通铅酸电池提升3-6倍，高低温环境适应性更佳。3.2管式胶体蓄电池的优点电解质为固态，电解液量可以适度加大，性能长期稳定性更好且不会分层；水性电解质热容值大，对温度不敏感，受内部外部环境影响小，环境适应性强；管式正极板结构，导电性好，耐腐蚀性强，活性物质不易脱落，浮充和循环特性好；微孔PE/PVC隔离技术及较宽的隔离通道，降低电池内部枝晶短路风险，电池自放电低，静止特性好；压铸极板生产技术，极板一致性易于控制。3.3应用适应恶劣工况下的室内户外应用：欠充电使用循环性能优异；适应环境温度范围广；适应于深放电及过放电使用，恢复性能优异;特别适用于停电频繁的通信基站。

衡阳瑞达从2005年开始进行OPzV蓄电池的开发工作，前期购买了国内和国外的蓄电池进行测试工作，结合相关企业的设计，我公司采购了压铸和挤膏设备进行管式极板的生产、加上公司自己的独特配方和工艺，现在可以批量生产的型号如下：2V系列：200-3000Ah6V系列：100-200Ah12V系列：45-200Ah

现在我公司的2017年的胶体电池销售额超过3000万美元，其中出口达到80%以上，目前广泛应用于基站、微网电站等系统中。3.4OPzV蓄电池的开发合金板栅的研究分析55倍8K倍胶体电解质形态研究5K倍8K倍活性物质及添加剂形态分析2K倍5K倍8K倍3.6OPzV的测试性能

测试方法：10小时率放电到1.80V,再恒压2.35V*16h(0.15CA):不同品牌的测试数据对比2VOPzV实际进行8年多的100%DOD循环测试，已经1600余次循环，单体剩余容量>90%,满足常规储能要求。OPzV12-100的金太阳55次实际测试，实际测试达到55次+55次+38次，2.5倍于标准要求3.6OPzV的测试性能恶劣工况下的循环测试，12VOPzV性能也嫩满足常规储能应用要求。3.7专利情况

专利类别专利名称专利号

申请日期实用新型专利纳米硅纤维固体蓄电池ZL200620014068.62006/5/19实用新型专利一种新型结构的胶体蓄电池ZL200920259067.12009/10/27发明专利高功率胶体蓄电池ZL201410710943.32014/12/1实用新型专利管式蓄电池L型密封结构ZL20142053085652014/9/16实用新型专利一种定量加胶装置ZL20142