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聚焦:钛酸锂储能系统的应用与攻关

导读: 钛酸锂电池功率可以做高,但为了追求高功率,就需要将材料纳米化,纳米化后生产加工等工序的工艺控制要求都很苛刻,从而成本提高。在储能方面,能否考虑降低钛酸锂电池高功率的要求,只保留长寿命的特点,以此换来成本的降低。

国家电网从2006年开始关注储能技术,当时电池的选择不多,我们重点技术攻关的项目是纳米电池和液硫电池。当时没有考虑用锂电池做储能,因为当时锂电池的循环寿命是2000~3000次,这在电网应用中就没什么价值。两三千次的循环寿命,对电网来说就意味着电池在几年内就要全更换一次,锂电池不适合电网使用。到2009年,了解到钛酸锂电池的循环寿命可达上万次,当时觉得不可思议。后来用钛酸锂电池样品做测试,在循环1000多次的时候,容量没有衰减。经过这么多年对钛酸锂电池的研发、评价和应用,钛酸锂电池确实具有长寿命的特点。当然它也有很大的缺点,就是太贵。国家电网作为用户单位,一直努力寻找降低成本的方法。

钛酸锂电池功率可以做高,但为了追求高功率,就需要将材料纳米化,纳米化后生产加工等工序的工艺控制要求都很苛刻,从而成本提高。在储能方面,能否考虑降低钛酸锂电池高功率的要求,只保留长寿命的特点,以此换来成本的降低。

一、首先,我们研究了钛酸锂电池的重构技术

以低成本亚微米钛酸锂材料取代纳米钛酸锂材料,并以此为基础建立储能用钛酸锂电池材料体系。通过实验,材料粒径在0.8~1.3μm之间时,既能保证长寿命的特点,又能降低高功率的要求,降低生产工艺控制的苛刻条件,从而降低成本。还可以用性能、制造工艺、成本方面都具有优势的叠片式软包装结构取代环形结构和圆柱形结构。以上两点是从材料和电池结构的重构来降低电池成本。

另一方面是电池生产工艺上的重构。在电极材料的匀浆环节,将常规搅拌工艺改为高粘度搅拌工艺;在电极制作环节,将进口预涂层集流体改为自主研发的预涂层集流体;在电池制作的环境控制环节,可将环境湿度由10%放宽到30%;在电池制作工序上,可以取消涂布前卷料烘干和注液前电芯烘干两个烘干工序。以上针对匀浆、预涂层集流体、环境控制、电池制作工序等环节分别进行技术重构,降低电池成本。

二、钛酸锂储能电池测评技术

图中可以看出,钛酸锂的循环次数和容量保持率是大大好于磷酸铁锂电池。据我们的测试经验来看,循环次数七八千次以前,国内的电池和国际上的电池区别不大,七八千次以后,国产电池的一致性上有差异。这些问题促使我们需要改进评测技术。

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