钛酸锂电池可以锋芒毕露的四大优点

走进坐落张北县的国家风景储输演示电站，可以看到在绿色的草原上，一排排高高耸立的白色风力发电机和闪闪发光的蓝色光伏板交相辉映。

这里是我国最大的风景储输演示工程，选用世界创始的风景储输联合发电建造思路和技能路线，是集风电、光伏、储能设备和智能输电“四位一体”的新能源综合性演示工程。

这个电站可以将“难猜测、难操控、难调度”的风、光资源“储存”起来，并转化为优质可靠的绿色电能输入电网，并能在“滑润动摇”和“削峰填谷”运转形式间灵敏切换，在失掉外部电网供电的情况下，储能电站可经过内部自启动才能，坚持电网正常运转。

开展储能技能是促进新能源发电、进步电网安全安稳性的关键核心技能之一。在各种类型的电化学储能技能中，钛酸锂电池具有循环寿数长、安全功能好等特色，很好的契合了电网储能的运用场景，但钛酸锂电池的高本钱却不利于规划化储能运用。

对此，中国电力科学研讨院联合多家单位，一起组建了“储能用低本钱钛酸锂电池研制及系统集成技能开发与运用”项目组。经过多年研讨，项目组针对储能运用需求，在原有钛酸锂电池的根底上提出了满足储能运用需求的钛酸锂电池资料系统及出产工艺重构准则与技能方案，研宣布亚微米级钛酸锂资料。项目研制的储能用钛酸锂电池坚持了长寿数本征特性的同时，本钱大幅下降。在2017年北京市科学技能奖评选中，该项目获得二等奖。

新能源的下一个风口

储能被认为是新能源的下一个风口。作为未来推进新能源工业开展的前瞻性技能，储能工业在新能源并网、新能源汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统等方面都将发挥巨大作用。

“之所以开展储能，是因为光伏和风力发电，是间歇的、不安稳的，因此需求储能系统的合作，才能供给安稳可靠的电力。”中国电力科学研讨院储能电池本体研讨室主任杨凯告诉记者。

选用大规划储能技能，可促进可再生能源开展、进步电网安全和安稳性、改善供电质量、有用缓解用电供需矛盾。

大规划储能系统贯穿电力系统发、输、配、用的各个环节，其运用既能提升传统电力系统的功能，也将给电网的规划、规划、布局、运转办理以及运用等带来革命性的改变，从这个意义上讲，储能技能是具有国家战略意义的技能制高点，开展储能技能其实便是“存储未来”。

锂离子电池里的一朵“奇葩”

据了解，储能技能首要分为机械储能、电化学储能、电磁储能和相变储能等。近几年，以锂离子电池为代表的电化学储能技能具有能量规划大、选址灵敏、响应速度快等特色，契合电力系统技能需求和智能电网开展趋势，被各国研讨机构作为研讨重点，成为开展最快的电力系统储能技能。锂离子电池是一种“摇椅电池”，正负极由两种可屡次脱嵌锂的化合物或单质组成。充电时，正极资料脱锂，锂离子进入电解液穿过隔膜嵌入负极，正极发作氧化反应，放电时则相反。

锂离子电池技能随着电池电极资料的研讨一向处于快速开展的状态，目前现已从钴酸锂电池拓宽到了三元系、锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂等多种电池系统并存。以钛酸锂为负极的新式锂离子电池，突破了石墨作为负极的固有局限性，功能显著优于传统的锂离子电池，成为最具运用远景的储能电池之一。为此，杨凯向记者介绍了钛酸锂电池可以锋芒毕露的四大优点：

安全安稳性好。因为钛酸锂负极资料嵌锂电位高，在充电的过程中避免了金属锂的生成和分出，又因其平衡电位高于绝大部分电解质溶剂的复原电位，不与电解液反应，不形成固—液界面钝化膜，避免了许多副反应的发作，然后大大的进步了安全性。“储能电站和电动汽车相同，安全安稳性是最为重要的方针。”杨凯说。

快充功能优异。充电时刻太长一向是电动汽车开展过程中难以跨越的妨碍。一般选用慢充的纯电动公交车，充电时刻至少要4个小时以上，许多纯电动乘用车的充电时刻更是长达8个小时。而钛酸锂电池十分钟左右即可充满，较传统的电池有了质的腾跃。

循环寿数长。与传统锂离子电池遍及选用的石墨资料相比，钛酸锂资料在充放电嵌脱锂过程中，骨架结构简直不发作收缩或胀大，被称为“零应变”资料，避免了一般电极资料脱/嵌锂离子时晶胞体积应变而形成的电极结构损坏的问题，因此具有十分优异的循环功能。依据实验数据测定，一般磷酸铁锂电池循环寿数平均为4000—6000次，而钛酸锂电池的循环寿数可达25000次以上。

储能用低本钱钛酸<atarget=_blankhref='http://www.dghoppt.cn/product-list-13.html'><b>锂电池</b></a>研制及系统集成技能开发与运用

耐宽温功能杰出。一般电动汽车在-10℃时充放电就会呈现问题，钛酸锂电池耐宽温功能杰出，耐用性强，在-40℃到70℃均可正常充放电，无论是在冰封的北国，仍是在酷热的南边，车辆都不会因电池“休克”而影响作业，消除了用户的后顾之虑。

正是根据以上这些优势，钛酸锂电池成为锂离子电池技能开展征途上一朵耀眼的“奇葩”。

技能重构下降本钱

开端的钛酸锂电池是以满足电动汽车动力电池需求而开发的，尽管国际上先进的钛酸锂电池企业现已开端进入电力储能领域，但还没有呈现专门为规划储能运用规划开发的钛酸锂电池。

“钛酸锂电池在规划运用中面临的首要问题是本钱问题，项目研制之初，其价格是磷酸铁锂电池价格的4—6倍。”杨凯说，钛酸锂电池价格居高不下，尽管功能显著优于现有锂离子电池，但是经济性因素极大的限制了钛酸锂电池的市场推广。

因此，钛酸锂电池要实现大规划储能运用，需求在现有的电动汽车用钛酸锂电池的根底上进行技能重构，包含资料系统、电池规划、出产工艺等方面的技能重构，在确保钛酸锂电池长寿数本征特性的同时，大幅下降本钱。

“咱们不是平地起楼房，而是在电动汽车用钛酸锂电池技能根底之上，以满足储能运用需求为方针，对电动汽车用钛酸锂电池技能进行了技能重构。”杨凯说。

任何技能都不可能八面玲珑，只需求找到各项技能方针间的平衡点。

“储能电池对倍率要求并不太高，放电倍率只需到达5C。”杨凯表明，“储能电池一般都放在房间里，温度相对稳定，对温度适应性的要求也不用太高。”“放弃一些功能，挑选低本钱，成为最重要的挑选。”

项目团队对钛酸锂电池进行了本钱分析后发现，这种电池本钱高的根源在于资料。“钛酸锂电池用的是纳米资料，资料组成工艺和电池制备工艺复杂。”

因为纳米资料吸水性强，因此，出产环节必须要下降环境湿度，加大对厂房的除湿处理，并添加烘干程序，能耗显著添加。对此，项目团队决定在纳米资料上下时间，他们经过反复实验，终究以低本钱亚微米钛酸锂资料替代纳米钛酸锂资料，并以此为根底建立储能用钛酸锂电池资料系统。经过实验，资料粒径在0.8微米时，既能确保长寿数的特色，又能下降出产工艺操控的苛刻条件，然后下降本钱。同时，还选用在功能、制造工艺、本钱方面都具有优势的叠片式软包装结构替代环形结构和圆柱形结构。

“0.8微米是一个平衡值，粒径再增大些就会影响到电池寿数。”杨凯说。

这是从资料和电池结构的重构来下降电池本钱，另一方面则针对匀浆、预涂层集流体、环境操控、电池制造工序等环节进行技能重构，下降电池本钱。

“以前在电极资料的匀浆环节中，常规的拌和工艺是先加溶剂，再烘干，能耗很高。研制团队将这道工艺改为高粘度拌和工艺，削减溶剂运用量。”杨凯说。

在电极制造环节，项目团队将进口预涂层集流体改为自主研制的预涂层集流体；在电池制造工序上，取消了涂布前卷料烘干和注液前电芯烘干两个烘干工序。在电池制造的环境操控环节，将环境湿度由10%放宽到30%。“纳米资料一般湿度要操控在10%以下，磷酸铁锂则为30%，咱们用亚微米资料在30%的湿度环境下制造电池，发现电池寿数简直没受影响。”杨凯说，“经过测验，钛酸锂电池的循环寿数超越16000次，电池本钱下降了30％。”

据了解，该项意图相关研讨成果除了在“国家风景储输演示工程”项目中得到运用外，对于在北京—张家口举办的2022年冬奥会以及北京电动汽车工业的开展，也将发挥重要作用。