儲(chǔ)能鋰離子電池是繼動(dòng)力電池之后，在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的新興鋰電應(yīng)用領(lǐng)域。2013年1月，國(guó)務(wù)院公布的《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中提到的大型風(fēng)光發(fā)電站以及分布式可再生能源發(fā)電，為實(shí)現(xiàn)平滑并網(wǎng)都需要建設(shè)配套的儲(chǔ)能電站系統(tǒng)，該規(guī)劃被認(rèn)為是我國(guó)儲(chǔ)能鋰離子電池發(fā)展的元年。

如按太陽(yáng)能發(fā)電/風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)的5%配置儲(chǔ)能電池系統(tǒng)計(jì)算，“十二五”期間，大型風(fēng)光儲(chǔ)能電站和分布式可再生能源發(fā)電項(xiàng)目對(duì)儲(chǔ)能電池的市場(chǎng)需求量分別為5.1萬(wàn)MW和5000MW。覬覦儲(chǔ)能電池市場(chǎng)未來(lái)誘人的前景，國(guó)內(nèi)鋰電廠家紛紛將儲(chǔ)能電池作為企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，大力備戰(zhàn)儲(chǔ)能市場(chǎng)。

儲(chǔ)能電池要求安全性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、能量轉(zhuǎn)換效率高、易維護(hù)以及環(huán)境友好等諸多特點(diǎn)。當(dāng)前已經(jīng)開(kāi)展商業(yè)化儲(chǔ)能應(yīng)用的二次電池主要有鉛酸電池（包括鉛碳電池）、鋰離子電池、液流電池和高溫鈉電池（包括鈉硫電池和ZEBRA電池）等，對(duì)比這幾種二次電池的優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)前并不存在各項(xiàng)指標(biāo)要求都能滿足的“理想電池”。

對(duì)于儲(chǔ)能用鋰離子電池而言，相對(duì)于層狀正極材料和尖晶石正極材料，目前只有采用橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料有可能滿足其大部分技術(shù)指標(biāo)。因此筆者個(gè)人認(rèn)為，磷酸鹽正極材料應(yīng)該是儲(chǔ)能鋰離子電池的首選。

橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽正極材料系列中，除了LiFePO₄（LFP），還有LiMnPO₄（LMP，4.1V），LiCoPO₄（LCP，4.8V），LiNiPO₄（LNP，5.2V）和Li₃V₂(PO₄)₃（LVP，4.0V，3.7V，3.6V）以及一些相互形成的固溶體材料，圖1比較了這幾種正極材料的放電曲線。

雖然LCP和LNP的理論容量和LFP比較接近，但由于它們的工作電壓太高超出了普通電解液的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，并且鎳和鈷的成本也比較貴，所以LCP和LNP這兩種材料實(shí)際上并沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化意義。釩有劇毒成本較高而且電化學(xué)性能也并不是非常突出，所以LVP不可能應(yīng)用于商品鋰離子電池。

所以，目前有產(chǎn)業(yè)化前景的橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料主要是LFP，LMP和兩者的固溶體LMFP。 這里，筆者將簡(jiǎn)要介紹這三種正極材料當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀。

1. 磷酸鐵鋰（LFP）

在“動(dòng)力型鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化論敘I”一文中，筆者詳細(xì)介紹了LFP的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀。相對(duì)于動(dòng)力電池而言，儲(chǔ)能電池是將安全性、循環(huán)性和成本放在第一位，并不苛求很好的倍率和溫度性能，因此儲(chǔ)能用途對(duì)LFP材料的指標(biāo)要求跟動(dòng)力電池有較大的不同。

比如，對(duì)于LFP動(dòng)力電池而言納米化是改善LFP倍率性能的最主要措施，但是納米化對(duì)電極涂布完好率、電池自放電、高溫存儲(chǔ)和浮充性能以及長(zhǎng)期循環(huán)壽命都有較大的負(fù)面影響。這也就是說(shuō)動(dòng)力電池普遍采用的LFP納米化路線對(duì)于儲(chǔ)能電池是不太適合的，正極材料廠家必須要有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)出適用于儲(chǔ)能用途的LFP材料。

 一般而言，適用于儲(chǔ)能用途的LFP材料，包碳后粒徑在亞微米/數(shù)微米左右，最好具有球形形貌并且粒徑分布比較窄，這樣既可以改善正極極片的涂布性能又可以降低電極極化，從而對(duì)提高電芯的一致性以及長(zhǎng)期循環(huán)壽命有益。所以，儲(chǔ)能用LFP的生產(chǎn)跟動(dòng)力型LFP具有較大不同，需要選擇合適的材料合成路線和生產(chǎn)工藝。一、 鉛酸電池

主要優(yōu)點(diǎn)：1、原料易得，價(jià)格相對(duì)低廉；2、高倍率放電性能良好；3、溫度性能良好，可在－40～＋60℃的環(huán)境下工作；4、適合于浮充電使用，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)記憶效應(yīng)；5、廢舊電池容易回收，有利于保護(hù)環(huán)境。

主要缺點(diǎn)：1、比能量低，一般30～40Wh／kg；2、使用壽命不及Cd／Ni電池；3、制造過(guò)程容易污染環(huán)境，必須配備三廢處理設(shè)備。

二、 鎳氫電池

主要優(yōu)點(diǎn)：1、與鉛酸電池比，能量密度有大幅度提高，重量能量密度65Wh／kg，體積能量密度都有所提高200Wh／L；2、功率密度高，可大電流充放電；3、低溫放電特性好；4、循環(huán)壽命（提高到1000次）；5、環(huán)保無(wú)污染；6、技術(shù)比較鋰離子電池成熟。

主要缺點(diǎn)：1、正常工作溫度范圍－15～40℃，高溫性能較差；2、工作電壓低，工作電壓范圍1．0～1．4V；3、價(jià)格比鉛酸電池、鎳氫電池貴，但是性能比鋰離子電池差。

三、鋰離子電池

主要優(yōu)點(diǎn)：1、比能量高；2、電壓平臺(tái)高；3、循環(huán)性能好； 4、無(wú)記憶效應(yīng)；5、環(huán)保，無(wú)污染；目前是最好潛力的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池之一。

四、超級(jí)電容

主要優(yōu)點(diǎn)：1、功率密度高；2、充電時(shí)間短。

主要缺點(diǎn)：能量密度低，僅1－10Wh／kg，超級(jí)電容續(xù)航里程太短，不能作為電動(dòng)汽車主流電源。

五、燃料電池

主要優(yōu)點(diǎn)：1、比能量高，汽車行駛里程長(zhǎng)；2、功率密度高，可大電流充放電；3、環(huán)保，無(wú)污染。

主要缺點(diǎn)：1、系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)成熟度差；2、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)滯后；3、對(duì)空氣中二氧化硫等有很高要求。

由于國(guó)內(nèi)空氣污染嚴(yán)重，在國(guó)內(nèi)的燃料電池車壽命較短。

六、鈉硫電池

優(yōu)勢(shì)：1、高比能量（理論760wh／kg；實(shí)際390wh／kg）；2、高功率（放電電流密度可達(dá)200～300mA／cm2）；3、充電速度快（充滿30min）；4、長(zhǎng)壽命（15年；或2500～4500次）；5、無(wú)污染，可回收（Na，S回收率近100％）；6、無(wú)自放電現(xiàn)象，能量轉(zhuǎn)化率高；

不足：1、工作溫度高，其工作溫度在300～350度，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫，啟動(dòng)慢；2、價(jià)格昂貴，萬(wàn)元／每度； 3、安全性差。

七、液流電池（釩電池）

優(yōu)點(diǎn)：1、安全、可深度放電：2、規(guī)模大，儲(chǔ)罐尺寸不限；3、有很大的充放電速率； 4、壽命長(zhǎng)，高可靠性；5、無(wú)排放，噪音??；6、充放電切換快，只需0．02秒；7、選址不受地域限制。

缺點(diǎn)：1、正極、負(fù)極電解液交叉污染；2、有的要用價(jià)貴的離子交換膜；3、兩份溶液體積大，比能量低；4、能量轉(zhuǎn)換效率不高。

八、鋰空氣電池

致命缺陷： 固體反應(yīng)生成物氧化鋰（Li2O）會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止。科學(xué)家認(rèn)為，鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍，可以提供與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。全球不少實(shí)驗(yàn)室都在研究這種技術(shù)，但如果沒(méi)有重大突破，要想實(shí)現(xiàn)商用可能還需要10年。

九、鋰硫電池（鋰硫電池是一類極具發(fā)展前景的高容量?jī)?chǔ)能體系）

優(yōu)點(diǎn)：1、能量密度高，理論能量密度可達(dá)2600Wh／kg；2、原材料成本低；3、能源消耗少；4、低毒。

雖然鋰硫電池研究已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年，并且在近10年時(shí)間取得了許多成果，但離實(shí)際應(yīng)用還有不小距離。