鋰電池儲能技術(shù)前景怎么樣？

到目前為止，針對不同的領(lǐng)域、不同的需求，人們已提出和開發(fā)了多種儲能技術(shù)來滿足應(yīng)用。全球儲能技術(shù)主要有物理儲能、化學(xué)儲能（如鈉硫電池、全釩液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池、超級電容器等）、電磁儲能和相變儲能等幾類。

化學(xué)儲能—鋰離子電池儲能是目前最可行的技術(shù)路線

鉛酸電池是最老的也是最成熟的化學(xué)儲能方法，已有100多年的歷史，廣泛用于汽車啟動電源、電動自行車或摩托車動力電源、備用電源和照明電源等。鉛酸電池電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液。充電時，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；放電時，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池可靠性好、原材料易得、價格便宜，但是其最佳充電電流為0.1C左右，充電電流不能大于0.3C，放電電流一般要求在0.05～3C之間，很難滿足功率和容量同時兼顧的大規(guī)模蓄電要求。同時，鉛酸電池不可深度充放電，100%放電條件下對電池的壽命影響非常大（滿充放電條件下電池的循環(huán)壽命不足300次），并且充電末期水會分解為氫氣、氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁重，因此不適合在智能電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用。

目前可以應(yīng)用于智能電網(wǎng)領(lǐng)域的化學(xué)電源主要有鈉硫電池、液流電池和鋰離子電池。

鈉硫電池（NaS）以金屬鈉為負(fù)極，硫為正極，陶瓷管為電解質(zhì)隔膜。在一定的工作溫度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲存。鈉硫電池比能量高（理論比能量高達(dá)760Wh/kg）、可大電流充放電、使用壽命長（10～15年），是目前較經(jīng)濟(jì)實用的儲能方法之一，主要應(yīng)用目標(biāo)是電站負(fù)荷調(diào)平、UPS應(yīng)急電源及瞬間補(bǔ)償電源等領(lǐng)域。目前鈉硫電池技術(shù)領(lǐng)先的國家是日本，截至2007，日本年產(chǎn)鈉硫電池已超過100MW。2008年，日本二又風(fēng)力發(fā)電站導(dǎo)入了NGK公司的17臺鈉硫電池系統(tǒng)，蓄電能力34MW，成功地抑制了最大功率為51MW的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的功率變動，實現(xiàn)了計劃性地進(jìn)行功率輸出，為實現(xiàn)風(fēng)電的并網(wǎng)發(fā)電提供了基礎(chǔ)。2009年，我國上海硅酸鹽研究所成功研制了100kW級關(guān)鍵技術(shù)，成為繼日本之后世界上第二個掌握大容量鈉硫單體電池核心技術(shù)的國家。但是鈉硫電池需要高溫350℃熔解硫和鈉，需要附加供熱設(shè)備來維持溫度，同時過度充電時很危險，因此在安全性和免維護(hù)性方面存在不足。

全釩液流電池的研究始于1984年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Skyllas-kazacos研究小組，它是一種基于金屬釩元素的氧化還原可再生燃料電池儲能系統(tǒng)。液流電池采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流使儲存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。液流儲能電池系統(tǒng)的額定功率和額定容量相互獨立，功率大小取決于電池堆，容量大小取決于電解液，可以通過增加電解液的量或提高電解質(zhì)的濃度來實現(xiàn)增加電池容量，通過更換電解液實現(xiàn)“瞬間再充電”。液流電池的理論保存期無限，儲存壽命長，無自放電，能100%深度放電而不會損壞電池。這些特點使得液流電池成為儲能技術(shù)的首選技術(shù)之一。目前液流儲能技術(shù)已在美國、德國、日本和英國等發(fā)達(dá)國家示范性應(yīng)用，我國目前尚處于研究開發(fā)階段。全釩液流電池的難點在于通常使用的總釩離子濃度低于2mol/L，導(dǎo)致比能量只有25～35Wh/kg，電解液儲槽大、較難管理，而且正極液中的五價釩在靜置或溫度高于45℃的情況下易析出五氧化二釩沉淀，影響電池的使用壽命。

相比較而言，鋰離子電池儲能則是目前儲能產(chǎn)品開發(fā)中最可行的技術(shù)路線。鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、沒有記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬、可快速充放電、使用壽命長、沒有環(huán)境污染等優(yōu)點，被稱為綠色電池。表1是鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池和以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子電池的比較，可以看出，鉛酸電池的使用壽命較短，鈉硫電池的不足在于工作溫度較高，液流電池的能量密度較低，而以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子電池則顯示出綜合的性能優(yōu)勢。

由于鈦酸鋰為零應(yīng)變材料，可以避免由于電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，從而大幅度提高了鋰離子動力電池的使用壽命；并且由于鈦酸鋰具有較高的工作電位，即使過充電也很難在負(fù)極上形成鋰枝晶，從而大大提高了鋰離子動力電池的安全性。這些改進(jìn)使得鋰離子動力電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能，目前以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子動力電池儲能技術(shù)正成為國內(nèi)外競相開發(fā)的熱點。2008年，美國Altairnano公司開發(fā)出1MW鈦酸鋰儲能電池系統(tǒng)，經(jīng)試運行表明可以輸出250kWh的能量，能量轉(zhuǎn)換效率大于90%。2010年，日本東芝（Toshiba）在年度經(jīng)營方針會上宣布將采用鈦酸鋰負(fù)極材料開發(fā)儲能用超級鋰電池（SCiB），憑借高功率SCiB鈦酸鋰電池的成功商業(yè)化，預(yù)計東芝的SCiB儲能電池將會很快面向市場。國內(nèi)中信國安盟固利動力科技有限公司經(jīng)過5年的技術(shù)開發(fā)，于2010年開發(fā)出了儲能領(lǐng)域應(yīng)用的35Ah電池，

該電池循環(huán)壽命已接近8000次，可以5C倍率充放電，安全性能優(yōu)異，目前該公司正在與合作單位共同開發(fā)兆瓦級儲能系統(tǒng)，預(yù)計該產(chǎn)品2011年可以面向市場銷售。

除了以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子動力電池可以應(yīng)用在儲能領(lǐng)域外，隨著磷酸鐵鋰正極材料的應(yīng)用，傳統(tǒng)的碳負(fù)極鋰離子動力電池的壽命和安全性也得到較大提高，也可應(yīng)用于儲能領(lǐng)域。2010年索尼推出了1.2kWh磷酸鐵鋰儲能電池模塊，具有最大2.5kW的輸出功率。但是目前磷酸鐵鋰電池還存在較嚴(yán)重的一致性問題，即使單體電池壽命可以達(dá)到2000次以上，電池成組后的壽命會大打折扣，并且磷酸鐵鋰材料的核心專利掌握在一些國際大公司手中，磷酸鐵鋰電池的生產(chǎn)將面臨專利糾紛問題。因此，目前鋰離子儲能電池產(chǎn)品中采用鈦酸鋰鋰離子電池進(jìn)行儲能應(yīng)該是最可行的技術(shù)路線。