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(jìn)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(jì)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(xiàng)目研發(fā)之初，其價(jià)格是磷酸鐵鋰電池價(jià)格的4—6倍。”楊凱說，鈦酸鋰電池價(jià)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(jì)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(shí)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(jìn)行技術(shù)重構(gòu)，包括材料體系、電池設(shè)計(jì)、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(shí)，大幅降低成本。

“我們不是平地起高樓，而是在電動汽車用鈦酸鋰電池技術(shù)基礎(chǔ)之上，以滿足儲能應(yīng)用需求為目標(biāo)，對電動汽車用鈦酸鋰電池技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)重構(gòu)。”楊凱說。

任何技術(shù)都不可能面面俱到，只需要找到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)間的平衡點(diǎn)。

“儲能電池對倍率要求并不太高，放電倍率只需達(dá)到5C。”楊凱表示，“儲能電池一般都放在房間里，溫度相對恒定，對溫度適應(yīng)性的要求也不用太高。”“放棄一些性能，選擇低成本，成為最重要的選擇。”

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對鈦酸鋰電池進(jìn)行了成本分析后發(fā)現(xiàn)，這種電池成本高的根源在于材料。“鈦酸鋰電池用的是納米材料，材料合成工藝和電池制備工藝復(fù)雜。”

由于納米材料吸水性強(qiáng)，因此，生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須要降低環(huán)境濕度，加大對廠房的除濕處理，并增加烘干程序，能耗顯著增加。對此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定在納米材料上下工夫，他們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終以低成本亞微米鈦酸鋰材料取代納米鈦酸鋰材料，并以此為基礎(chǔ)建立儲能用鈦酸鋰電池材料體系。通過實(shí)驗(yàn)，材料粒徑在0.8微米時(shí)，既能保證長壽命的特點(diǎn)，又能降低生產(chǎn)工藝控制的苛刻條件，從而降低成本。同時(shí)，還采用在性能、制造工藝、成本方面都具有優(yōu)勢的疊片式軟包裝結(jié)構(gòu)取代環(huán)形結(jié)構(gòu)和圓柱形結(jié)構(gòu)。

“0.8微米是一個(gè)平衡值，粒徑再增大些就會影響到電池壽命。”楊凱說。

這是從材料和電池結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來降低電池成本，另一方面則針對勻漿、預(yù)涂層集流體、環(huán)境控制、電池制作工序等環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)重構(gòu)，降低電池成本。

“以前在電極材料的勻漿環(huán)節(jié)中，常規(guī)的攪拌工藝是先加溶劑，再烘干，能耗很高。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將這道工藝改為高粘度攪拌工藝，減少溶劑使用量。”楊凱說。

在電極制作環(huán)節(jié)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將進(jìn)口預(yù)涂層集流體改為自主研發(fā)的預(yù)涂層集流體；在電池制作工序上，取消了涂布前卷料烘干和注液前電芯烘干兩個(gè)烘干工序。在電池制作的環(huán)境控制環(huán)節(jié)，將環(huán)境濕度由10%放寬到30%。“納米材料一般濕度要控制在10%以下，磷酸鐵鋰則為30%，我們用亞微米材料在30%的濕度環(huán)境下制作電池，發(fā)現(xiàn)電池壽命幾乎沒受影響。”楊凱說，“經(jīng)過測試，鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命超過16000次，電池成本下降了30％。”

據(jù)了解，該項(xiàng)目的相關(guān)研究成果除了在“國家風(fēng)光儲輸示范工程”項(xiàng)目中得到應(yīng)用外，對于在北京—張家口舉辦的2022年冬奧會以及北京電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也將發(fā)揮重要作用。