發(fā)展儲能技術(shù)是促進新能源發(fā)電、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。在各種類型的電化學(xué)儲能技術(shù)中，鈦酸鋰電池具有循環(huán)壽命長、安全性能好等特點，很好的契合了電網(wǎng)儲能的應(yīng)用場景，但鈦酸鋰電池的高成本卻不利于規(guī)?；瘍δ軕?yīng)用。

對此，中國電力科學(xué)研究院聯(lián)合多家單位，共同組建了“儲能用低成本鈦酸鋰電池研制及系統(tǒng)集成技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”項目組。經(jīng)過多年研究，項目組針對儲能應(yīng)用需求，在原有鈦酸鋰電池的基礎(chǔ)上提出了滿足儲能應(yīng)用需求的鈦酸鋰電池材料體系及生產(chǎn)工藝重構(gòu)原則與技術(shù)方案，研發(fā)出亞微米級鈦酸鋰材料。項目研制的儲能用鈦酸鋰電池保持了長壽命本征特性的同時，成本大幅下降。在2017年北京市科學(xué)技術(shù)獎評選中，該項目獲得二等獎。

新能源的下一個風(fēng)口

儲能被認為是新能源的下一個風(fēng)口。作為未來推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前瞻性技術(shù)，儲能產(chǎn)業(yè)在新能源并網(wǎng)、新能源汽車、智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng)、家庭儲能系統(tǒng)等方面都將發(fā)揮巨大作用。

“之所以發(fā)展儲能，是因為光伏和風(fēng)力發(fā)電，是間歇的、不穩(wěn)定的，因此需要儲能系統(tǒng)的配合，才能提供穩(wěn)定可靠的電力?！敝袊娏茖W(xué)研究院儲能電池本體研究室主任楊凱告訴記者。

采用大規(guī)模儲能技術(shù)，可促進可再生能源發(fā)展、提高電網(wǎng)安全和穩(wěn)定性、改善供電質(zhì)量、有效緩解用電供需矛盾。

大規(guī)模儲能系統(tǒng)貫穿電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用的各個環(huán)節(jié)，其應(yīng)用既能提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的性能，也將給電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計、布局、運行管理以及使用等帶來革命性的變化，從這個意義上講，儲能技術(shù)是具有國家戰(zhàn)略意義的技術(shù)制高點，發(fā)展儲能技術(shù)其實就是“存儲未來”。

鋰離子電池里的一朵“奇葩”

據(jù)了解，儲能技術(shù)主要分為機械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能和相變儲能等。近幾年，以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能技術(shù)具有能量規(guī)模大、選址靈活、響應(yīng)速度快等特點，符合電力系統(tǒng)技術(shù)需求和智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢，被各國研究機構(gòu)作為研究重點，成為發(fā)展最快的電力系統(tǒng)儲能技術(shù)。鋰離子電池是一種“搖椅電池”，正負極由兩種可多次脫嵌鋰的化合物或單質(zhì)組成。充電時，正極材料脫鋰，鋰離子進入電解液穿過隔膜嵌入負極，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，放電時則相反。

鋰離子電池技術(shù)隨著電池電極材料的研究一直處于快速發(fā)展的狀態(tài)，目前已經(jīng)從鈷酸鋰電池拓展到了三元系、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等多種電池體系并存。以鈦酸鋰為負極的新型鋰離子電池，突破了石墨作為負極的固有局限性，性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的鋰離子電池，成為最具應(yīng)用前景的儲能電池之一。為此，楊凱向記者介紹了鈦酸鋰電池能夠脫穎而出的四大優(yōu)點：

安全穩(wěn)定性好。由于鈦酸鋰負極材料嵌鋰電位高，在充電的過程中避免了金屬鋰的生成和析出，又因其平衡電位高于絕大部分電解質(zhì)溶劑的還原電位，不與電解液反應(yīng)，不形成固—液界面鈍化膜，避免了很多副反應(yīng)的發(fā)生，從而大大的提高了安全性。“儲能電站和電動汽車一樣，安全穩(wěn)定性是最為重要的指標?！睏顒P說。

快充性能優(yōu)異。充電時間太長一直是電動汽車發(fā)展過程中難以跨越的障礙。一般采用慢充的純電動公交車，充電時間至少要4個小時以上，很多純電動乘用車的充電時間更是長達8個小時。而鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿，較傳統(tǒng)的電池有了質(zhì)的飛躍。

循環(huán)壽命長。與傳統(tǒng)鋰離子電池普遍采用的石墨材料相比，鈦酸鋰材料在充放電嵌脫鋰過程中，骨架結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生收縮或膨脹，被稱為“零應(yīng)變”材料，避免了一般電極材料脫/嵌鋰離子時晶胞體積應(yīng)變而造成的電極結(jié)構(gòu)損壞的問題，因而具有非常優(yōu)異的循環(huán)性能。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)測定，普通磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命平均為4000—6000次，而鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命可達25000次以上。

耐寬溫性能良好。一般電動汽車在-10℃時充放電就會出現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強，在-40℃到70℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國，還是在炎熱的南方，車輛都不會因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂。

正是基于以上這些優(yōu)勢，鈦酸鋰電池成為鋰離子電池技術(shù)發(fā)展征程上一朵耀眼的“奇葩”。

技術(shù)重構(gòu)降低成本

最初的鈦酸鋰電池是以滿足電動汽車動力電池需求而開發(fā)的，雖然國際上先進的鈦酸鋰電池企業(yè)已經(jīng)開始涉足電力儲能領(lǐng)域，但還沒有出現(xiàn)專門為規(guī)模儲能應(yīng)用設(shè)計開發(fā)的鈦酸鋰電池。

“鈦酸鋰電池在規(guī)模應(yīng)用中面臨的主要問題是成本問題，項目研發(fā)之初，其價格是磷酸鐵鋰電池價格的4—6倍?！睏顒P說，鈦酸鋰電池價格居高不下，雖然性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有鋰離子電池，但是經(jīng)濟性因素極大的限制了鈦酸鋰電池的市場推廣。

因此，鈦酸鋰電池要實現(xiàn)大規(guī)模儲能應(yīng)用，需要在現(xiàn)有的電動汽車用鈦酸鋰電池的基礎(chǔ)上進行技術(shù)重構(gòu)，包括材料體系、電池設(shè)計、生產(chǎn)工藝等方面的技術(shù)重構(gòu)，在保證鈦酸鋰電池長壽命本征特性的同時，大幅降低成本。