锂电数据中心将来成长应用瞻望

锂电池是指锂金属电池和锂离子电池的总称，凡是所说的锂电池是锂离子电池，其特点是不含有金属态的锂，支持重复充放电行使。

从 1991 年 SONY 公司推出第一只商用锂离子电池，  到 2009 岁月为在通讯基站大局限行使锂电，再到2016 年电动车（锂电）市场发作，今朝，环球前十锂电厂商的动力电池销量靠近 90GWh。

而跟着锂离子电池的能量密度和安详机能的一连晋升、本钱的一连低落，锂电在通讯规模、电力规模、动力汽车规模、数据中心等规模的需求越来越大，锂电正在向着成为新一代主流能源的偏向稳步迈进。

为什么要用锂电？

铅酸电池在通讯行业规模数十年来恒久占主导职位。但铅酸电池轮回寿命短、占地大、对机房承重要求高，出产制程轻易造成情形污染，各国的铅酸电池成长都趋于萎缩，中国铁塔已经明晰不再招标铅酸电池。而锂电池自然具有能量密度高、占地小、长轮回寿命等铅酸不具备的上风。陪伴着铅酸电池市场占据率快速降落，锂电池在环球的应用急剧增进，个中 5G 站点险些所有被锂电池包围，数据中心的锂电应用在海外一些大型的 ISP 客户也在开始局限行使。可以猜测将来 3~5 年时刻，锂电池市场份额将靠近或高出铅酸电池，锂电池将来占有市场主导已经是各规模的共鸣。

电池技能蹊径趋势

3C类：钴酸锂晋升充电电压上限，一连晋升能量密度；估量2025年后，全固态电解质可进一步晋升电压，慢慢迫近质收拾论上限4.9V 动力：高端EV：三元（液态）晋升Ni含量+充电电压晋升能量密度，Ni含量（811）和电压（4.25）后能量密度晋升不明明；将来向固态估量2025年后全固态电解质商用，电压可以进一步晋升；中低端EV+大巴：转向铁锂蹊径 轮回储能：磷酸铁锂：原料克容量（当前155mAh/g）已靠近理论极限（172mAh/g），电压晋升已到达极限；首要向轮回和安详特征演进；钠离子电池是将来隐藏选项：原原料便宜，复用锂电财富链； 短时备电：磷酸铁锂，安详、寿命、性价比最优，向功率密度晋升、安详等特征演进；将来估量为电池+电容等复合蹊径

图1：电池成长技能蹊径

锂电的根基参数

锂电池根基参数观念

电池容量（Ah）：在必然前提下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，凡是以安培·小时为单元。

充放电倍率（C）：充放电倍率 = 充放电电流 / 额定容量。

锂电池事变道理先容

锂离子电池一样平常是行使锂合金金属氧化物为正极原料、石墨为负极原料、行使非水电解质的电池。

正极原料：可选的正极原料许多，主流产物为磷酸铁锂和三元（镍钴锰或镍钴铝）。 

负极原料：多回收石墨。

以磷酸铁锂电池为例：

正极回响：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

充电时：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-

放电时：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4

负极回响：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。 

充电时：xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时：LixC6 → xLi+ + xe- + 6C

锂电池种类（一样平常凭证正极原料分类）

钴酸锂（LCO）  

锰酸锂（LMO）  

磷酸铁锂（LFP） 

三元锂（NCM）

数据中心保举回收什么材质锂电？

磷酸铁锂“Goodenough”

2019年诺贝尔化学奖授予了John B Goodenough，M.Stanley Whittingham 和Akira Yoshino，以表扬他们在锂离子电池成长上所做的孝顺。

尤其John Goodenough成为汗青上最高龄的诺奖得主，其生平对付锂电池的试探尤为令人钦佩，磷酸铁锂（LFP）作为他的重要孝顺之一，磷酸铁锂也被以为是今朝最安详，最环保的锂离子电池正极原料。

锂电，尤其是磷酸铁锂在数据中心和通信基站的应用，就犹如老爷子的名字一样，已经Goodenough了。

为什么保举回收磷酸铁锂？

今朝业界主流的锂电分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元锂。钴酸锂首要应用与手机电池行业；锰酸锂首要应用于电动自行车行业；磷酸铁锂普及应用于大巴车 / 公交车储能，储能电站；三元锂普及应用于家用车 / 出租车储能，储能电站行业。在数据中心场景今朝广泛回收磷酸铁锂和三元锂 2 种电芯，磷酸铁锂靠得住性更高，三元锂能量密度有上风。

1、磷酸铁锂布局更不变

图2：差异锂电电芯分子布局

来历：Soroosh Sharifi-Asl, et al., Oxygen Release Degradation in Li-Ion Battery Cathode Materials: Mechanisms and Mitigating Approaches. Adv. Energy Mater. 2019, 1900551

闯辗视布局来看，磷酸铁锂分子布局为橄榄状三维布局，而钴酸锂、三元锂分子布局都是层状二维布局，2D层状布局易坍塌，相对而言，磷酸铁锂分子布局更不变。

2、磷酸铁锂热不变性高、产热速度慢，产热少

磷酸铁锂高温不变，高温产热峰不明明，峰值产热功率仅 1W 阁下 高温或高压下，三元易析氧，加剧燃烧，峰值产热功速度约 80W/min，轻易触发爆炸式燃烧 ( 秒级)，  体系难以回响节制 总产热量方面，磷酸铁锂明显低于三元、锰酸锂等原料（产热功率曲线与横轴的面积代表总产热量）

图3：差异锂电高温状态下产热量比拟曲线

来 源 ：P. Peng, F. Jiang., Thermal safety of lithium-ion batteries with various cathode materials: A numericalstudy.

InternationalJournalofHeatandMass Transfer. 103(2016)1008–1016

3、磷酸铁锂热失控回响不发生助燃剂

磷酸铁锂在热失控后不会发生氧气，而锰酸锂、钴酸锂、三元锂在热失控后城市发生氧气，因此，更轻易起火。

（编辑：湖南网）

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