技术重构降低成本
最初的钛酸锂电池是以满足电动汽车动力电池需求而开发的，虽然国际上先进的钛酸锂电池企业已经开始涉足电力储能领域，但还没有出现专门为规模储能应用设计开发的钛酸锂电池。
“钛酸锂电池在规模应用中面临的主要问题是成本问题，项目研发之初，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，虽然性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模储能应用，需要在现有的电动汽车用钛酸锂电池的基础上进行技术重构，包括材料体系、电池设计、生产工艺等方面的技术重构，在保证钛酸锂电池长寿命本征特性的同时，大幅降低成本。
“我们不是平地起高楼，而是在电动汽车用钛酸锂电池技术基础之上，以满足储能应用需求为目标，对电动汽车用钛酸锂电池技术进行了技术重构。”杨凯说。
任何技术都不可能面面俱到，只需要找到各项技术指标间的平衡点。
“储能电池对倍率要求并不太高，放电倍率只需达到5C。”杨凯表示，“储能电池一般都放在房间里，温度相对恒定，对温度适应性的要求也不用太高。”“放弃一些性能，选择低成本，成为最重要的选择。”
项目团队对钛酸锂电池进行了成本分析后发现，这种电池成本高的根源在于材料。“钛酸锂电池用的是纳米材料，材料合成工艺和电池制备工艺复杂。”
由于纳米材料吸水性强，因此，生产环节必须要降低环境湿度，加大对厂房的除湿处理，并增加烘干程序，能耗显著增加。对此，项目团队决定在纳米材料上下工夫，他们经过反复试验，最终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微米时，既能保证长寿命的特点，又能降低生产工艺控制的苛刻条件，从而降低成本。同时，还采用在性能、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。
“0．8微米是一个平衡值，粒径再增大些就会影响到电池寿命。”杨凯说。
这是从材料和电池结构的重构来降低电池成本，另一方面则针对匀浆、预涂层集流体、环境控制、电池制作工序等环节进行技术重构，降低电池成本。
“以前在电极材料的匀浆环节中，常规的搅拌工艺是先加溶剂，再烘干，能耗很高。研发团队将这道工艺改为高粘度搅拌工艺，减少溶剂使用量。”杨凯说。
在电极制作环节，项目团队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。在电池制作的环境控制环节，将环境湿度由10％放宽到30％。“纳米材料一般湿度要控制在10％以下，磷酸铁锂则为30％，我们用亚微米材料在30％的湿度环境下制作电池，发现电池寿命几乎没受影响。”杨凯说，“经过测试，钛酸锂电池的循环寿命超过16000次，电池成本下降了30％。”
据了解，该项目的相关研究成果除了在“国家风光储输示范工程”项目中得到应用外，对于在北京—张家口举办的2022年冬奥会以及北京电动汽车产业的发展，也将发挥重要作用。
记者 申明
