芮偉芳

（黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454950）

面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題與資源短缺問題,發(fā)展綠色清潔能源的應(yīng)用與存儲(chǔ)是解決問題的唯一途徑。與傳統(tǒng)煤炭能源與石油能源的穩(wěn)定輸出不同，風(fēng)能、電能、太陽(yáng)能等綠色清潔能源受狀態(tài)的限制性非常大,為了能夠更加充分穩(wěn)定地對(duì)清潔能源進(jìn)行利用，必須通過儲(chǔ)能技術(shù)來進(jìn)行支持與解決。

鋰離子電池材料的深入研發(fā)，對(duì)于鋰離子儲(chǔ)能電池技術(shù)的發(fā)展更是有著技術(shù)推動(dòng)，目前在我國(guó)已在其他很多新興領(lǐng)域中與許多行業(yè)中對(duì)鋰離子電池技術(shù)有著更廣泛有效的開發(fā)應(yīng)用。鋰離子電池是指一種鋰二次電池，是在鋰電池基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)而得到的一種新型二次儲(chǔ)能鋰電池，主要工作是依靠鋰離子顆粒在鋰離子負(fù)極芯與鋰離子正極殼之間的來回往復(fù)移動(dòng)來完成鋰離子充電與放電工作。

1 儲(chǔ)能鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的儲(chǔ)能鋰離子電池經(jīng)過多年的不斷發(fā)展與革新，目前不管是從產(chǎn)業(yè)質(zhì)量上還是數(shù)量上都有了很大的突破，并且在國(guó)家與政府的政策與補(bǔ)貼的推動(dòng)基礎(chǔ)上，鋰離子電池的生產(chǎn)企業(yè)也具備了更高的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.1 行業(yè)發(fā)展迅速，市場(chǎng)規(guī)模不斷增加

自2015年到2020年間，我國(guó)的鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但是由于價(jià)格與經(jīng)濟(jì)環(huán)境形勢(shì)的影響，到2021年增速相對(duì)緩慢。

1.2 動(dòng)力電池市場(chǎng)占有率相對(duì)更大且增長(zhǎng)很快

我國(guó)綠色新能源汽車產(chǎn)業(yè)集群的快速不斷向前發(fā)展的同時(shí)也極大地帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池行業(yè)自身的良性發(fā)展與可持續(xù)增長(zhǎng)。

1.3 方形電池的市場(chǎng)占有率處于領(lǐng)先地位

由于方形鋰離子電池的應(yīng)用性與性價(jià)比最高，因此也在行業(yè)內(nèi)占據(jù)著主流市場(chǎng)，目前我國(guó)的方形鋰離子電池的市場(chǎng)占有率已超過80%。軟包鋰離子電池的電芯能量密集度其實(shí)是最高的，但是由于其鋁塑保護(hù)膜非常容易被破壞，導(dǎo)致在對(duì)電池組進(jìn)行保護(hù)時(shí)需要用更多的保護(hù)方式進(jìn)行電池組的保護(hù)工作，因此生產(chǎn)成本相對(duì)偏高,市場(chǎng)占有率僅達(dá)到9.5%。而圓形鋰離子電池的生產(chǎn)成本雖然不高，但是由于其能量密集度不夠，導(dǎo)致很少有企業(yè)會(huì)選擇圓形鋰離子電池,市場(chǎng)占有率也相對(duì)偏低只有約9.7%。

2 儲(chǔ)能鋰離子電池的特點(diǎn)

2.1 無(wú)記憶效應(yīng)

鋰離子電池芯片里不存在像鎳鎘電池的記憶效應(yīng),平時(shí)正常使用以后就可以隨時(shí)進(jìn)行再充電，無(wú)需考慮電池電量。

2.2 電池使用壽命長(zhǎng)

在正常的電源工作電壓環(huán)境情況下，一般都可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)充放電500次以上。

2.3 適應(yīng)性強(qiáng)

鋰離子電池對(duì)高低溫等適應(yīng)性很強(qiáng)。可以長(zhǎng)期在-20～60℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行使用。

2.4 倡導(dǎo)綠色健康環(huán)保

由于鋰離子電池成分中均不含鎳鎘、鉛、汞離子等各種重金屬元素，所以產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用和實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)較小，可以安全放心使用。

3 儲(chǔ)能鋰離子電池的應(yīng)用

3.1 電動(dòng)汽車領(lǐng)域

目前汽車污染情況越來越嚴(yán)重，汽車尾氣等對(duì)生活環(huán)境構(gòu)成的嚴(yán)重破壞不容忽視。新一代鋰離子電池產(chǎn)品以其安全低污染、能源使用多樣化等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展中得到大力推廣，因此新型鋰離子電池材料的大規(guī)模應(yīng)用必將是企業(yè)解決動(dòng)力電池當(dāng)前發(fā)展問題的又一良策。

3.2 航天電子工程領(lǐng)域

因?yàn)殇囯x子電池使用壽命長(zhǎng)，使用安全價(jià)值極高等性能特點(diǎn)，航天機(jī)構(gòu)通常也會(huì)在各種航天發(fā)射任務(wù)系統(tǒng)中應(yīng)用鋰離子電池，以便更有效地利用和提高原電池系統(tǒng)的使用效能,提供支持動(dòng)力以進(jìn)行夜間的作業(yè)。

3.3 其他電力應(yīng)用領(lǐng)域

從電子手表、CD 到點(diǎn)唱機(jī)、手機(jī)、MP3、MP4、照相機(jī)、攝像機(jī)，和各種遙控器、剃須刀、手槍鉆、兒童玩具等方面以及目前各種醫(yī)院、賓館、超市、電話亭等場(chǎng)所的各種應(yīng)急備用電源，電動(dòng)或手持的工具電源等都可以較為廣泛地采用儲(chǔ)能鋰離子電池。

4 儲(chǔ)能鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì)

（1）由于儲(chǔ)能應(yīng)用形勢(shì)的爆發(fā)，促進(jìn)鋰離子電池行業(yè)的同步增長(zhǎng)。隨著“雙碳”戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，綠色清潔能源的儲(chǔ)能需求不斷增加，而鋰離子電池恰好能夠保證綠色清潔能源的儲(chǔ)存與充分利用，因此今后的鋰離子電池市場(chǎng)占有率將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。

（2）方形鋰離子電池產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)比例或?qū)?huì)在短期內(nèi)繼續(xù)加速上漲。由于目前新能源汽車用戶對(duì)于方形類動(dòng)力電池組件的整體需求量仍然更大，因此未來方形鋰離子電池儲(chǔ)能類電池組的總體生產(chǎn)制造比例與規(guī)模應(yīng)用率也將會(huì)出現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)步上漲。

（3）儲(chǔ)能鋰離子電池的價(jià)格將會(huì)繼續(xù)上漲。由于原材料價(jià)格的上漲以及國(guó)家限電限產(chǎn)等政策的影響,企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)能下降，導(dǎo)致儲(chǔ)能鋰離子電池的價(jià)格會(huì)持續(xù)走高，動(dòng)力儲(chǔ)能鋰離子電池的價(jià)格回落很小。

5 數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)以及在儲(chǔ)能鋰離子電池中的應(yīng)用

5.1 逼真性和可行性

數(shù)學(xué)模型根據(jù)研究對(duì)象的數(shù)據(jù)分析處理能夠獲得非常逼真與可行的數(shù)據(jù)報(bào)告，在儲(chǔ)能鋰離子電池的數(shù)學(xué)模型上，可以顯示出電池的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與實(shí)際分析現(xiàn)狀與結(jié)論，能夠根據(jù)已經(jīng)被證明的數(shù)學(xué)公式，直接了解儲(chǔ)能鋰離子電池的特性,并對(duì)其進(jìn)行分析,得到預(yù)期的解決方法，能夠促進(jìn)儲(chǔ)能鋰離子電池的不斷發(fā)展，找準(zhǔn)儲(chǔ)能鋰離子電池的發(fā)展方向。

5.2 漸進(jìn)性

所有研究的實(shí)際數(shù)學(xué)模型建模過程都是復(fù)雜的，要經(jīng)過反復(fù)的實(shí)踐、推理、分析、更正、革新等過程，以建立符合研究標(biāo)準(zhǔn)與要求的數(shù)學(xué)模型。在儲(chǔ)能鋰離子電池的數(shù)學(xué)模型建模中，反復(fù)的實(shí)驗(yàn)、分析、數(shù)據(jù)整理等等過程可以進(jìn)一步推動(dòng)儲(chǔ)能鋰離子電池技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，在數(shù)學(xué)模型的不斷完善中對(duì)儲(chǔ)能鋰離子電池的不斷完善也起著非常重要的促進(jìn)作用。

5.3 強(qiáng)健性

數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)與參數(shù)往往都是通過對(duì)實(shí)際研究對(duì)象的歷史數(shù)據(jù)與實(shí)際需求結(jié)合而成,因此當(dāng)模型數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，則意味著研究對(duì)象的改變。在儲(chǔ)能鋰離子電池的生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，可以通過數(shù)學(xué)驗(yàn)證、公式計(jì)算等方式，對(duì)電池的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證產(chǎn)品的物理指標(biāo)正常。

5.4 可轉(zhuǎn)移性

數(shù)學(xué)模型其實(shí)都是一種抽象化、理想化思維的綜合體現(xiàn)，它還不僅僅限于只能單獨(dú)應(yīng)用于自己所屬研究領(lǐng)域，可以逐步轉(zhuǎn)移使用到一些其他領(lǐng)域。因此在儲(chǔ)能鋰離子電池應(yīng)用中，可以借助其他領(lǐng)域的成功數(shù)學(xué)模型經(jīng)驗(yàn)，也可以在后續(xù)儲(chǔ)能鋰離子電池的升級(jí)與革新時(shí)繼續(xù)使用。

伴隨著日益嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境危機(jī)與環(huán)境保護(hù)的更高要求，清潔能源的儲(chǔ)存與應(yīng)用成為了備受關(guān)注的問題，而儲(chǔ)能鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展對(duì)于解決傳統(tǒng)能源應(yīng)用問題、促進(jìn)生態(tài)和諧發(fā)展、提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益都有著很強(qiáng)的推動(dòng)作用。數(shù)學(xué)模型在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，在儲(chǔ)能鋰離子電池行業(yè)技術(shù)發(fā)展中，我國(guó)對(duì)于儲(chǔ)能鋰離子電池的研究還有很長(zhǎng)的路要走，積極利用數(shù)學(xué)模型來估算鋰離子電池的實(shí)際狀態(tài)、準(zhǔn)確分析其性能、優(yōu)化并增強(qiáng)鋰離子電池的安全性等,應(yīng)充分利用數(shù)學(xué)模型的作用與特點(diǎn)，促進(jìn)儲(chǔ)能鋰離子電池更快更高的發(fā)展，促進(jìn)儲(chǔ)能鋰離子電池專業(yè)技術(shù)水平的提高。