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押宝钛酸锂命悬一线 储能或将成为珠海银隆的救命稻草

2018-08-22 12:02:47 浏览:

导读: 在各种类型的电化学储能技术中,钛酸锂电池具有循环寿命长、安全性能好等特点,很好的契合了电网储能的应用场景,但目前来看,较高的应用成本成为阻碍钛酸锂电池在储能领域规模化推广的主要障碍。

近日,身处质疑漩涡中珠海银隆接连被曝出有厂区大面积停工,南京项目因工程欠款一度被法院查封等问题;日前又主动宣布减员8000人。

押宝钛酸锂命悬一线  储能或将成为珠海银隆的救命稻草

珠海银隆钛酸锂电池快充大巴车

而珠海银隆引以为傲的钛酸锂电池也被业内人士普遍认为并不适合未来电动汽车发展的方向,那么,是不是钛酸锂电池就没有用武之地了呢?

虽然钛酸锂电池能量密度不够的硬伤与电动汽车更长续航里程的要求背道而驰,但是凭借超长的循环寿命和优秀的安全性能,储能市场却能成为其极具前景的领域。

在各种类型的电化学储能技术中,钛酸锂电池具有循环寿命长、安全性能好等特点,很好的契合了电网储能的应用场景,但目前来看,较高的应用成本成为阻碍钛酸锂电池在储能领域规模化推广的主要障碍。

钛酸锂电池的特性更适合储能领域

据了解,储能技术主要分为机械储能、电化学储能、电磁储能和相变储能等。近几年,以锂离子电池为代表的电化学储能技术具有能量规模大、选址灵活、响应速度快等特点,符合电力系统技术需求和智能电网发展趋势,被各国研究机构作为研究重点,成为发展最快的电力系统储能技术。

锂离子电池技术随着电池电极材料的研究一直处于快速发展的状态,目前已经从钴酸锂电池拓展到了三元系、锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂等多种电池体系并存。以钛酸锂为负极的新型锂离子电池,突破了石墨作为负极的固有局限性,性能显著优于传统的锂离子电池,成为最具应用前景的储能电池之一。

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安全稳定性好。由于钛酸锂负极材料嵌锂电位高,在充电的过程中避免了金属锂的生成和析出,又因其平衡电位高于绝大部分电解质溶剂的还原电位,不与电解液反应,不形成固—液界面钝化膜,避免了很多副反应的发生,从而大大的提高了安全性。中国电力科学研究院储能电池本体研究室主任杨凯认为,储能电站和电动汽车一样,安全稳定性是最为重要的指标。

快充性能优异。充电时间太长一直是电动汽车发展过程中难以跨越的障碍。一般采用慢充的纯电动公交车,充电时间至少要4个小时以上,很多纯电动乘用车的充电时间更是长达8个小时。而钛酸锂电池十分钟左右即可充满,较传统的电池有了质的飞跃。

循环寿命长。与传统锂离子电池普遍采用的石墨材料相比,钛酸锂材料在充放电嵌脱锂过程中,骨架结构几乎不发生收缩或膨胀,被称为“零应变”材料,避免了一般电极材料脱/嵌锂离子时晶胞体积应变而造成的电极结构损坏的问题,因而具有非常优异的循环性能。根据实验数据测定,普通磷酸铁锂电池循环寿命平均为4000—6000次,而钛酸锂电池的循环寿命可达25000次以上。

耐宽温性能良好。一般电动汽车在-10℃时充放电就会出现问题,钛酸锂电池耐宽温性能良好,耐用性强,在-40℃到70℃均可正常充放电,无论是在冰封的北国,还是在炎热的南方,车辆都不会因电池“休克”而影响工作,消除了用户的后顾之忧,这一特性用在储能领域也更为合适。

技术重构降低成本

拥有安全稳定性好、快充性能优异、循环寿命长、耐宽温性能良好等诸多优点钛酸锂电池,却因为比能量密度低和成本高这两大特性影响到其在电动汽车领域的应用前景。

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。” 中国电力科学研究院储能电池本体研究室主任杨凯认为,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,从而满足储能应用需求为目标。

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。”

中国电力科学研究院的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。

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。

在电极制作环节,该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%。”

钛酸锂电池会成为储能的下一个风口吗?

值得注意的是,钛酸锂电池单体的关键制备工艺在2017年,国内已经有明显突破,国内一批成品电池(不是银隆)使用国内甚少使用的软包工艺,这意味着已经解决了电池鼓包、胀气、电池致密性等一系列问题,相对于硬质金属壳包装,软包单体在能量密度上更上一层楼。

既往珠海银隆、微宏动力等生产的钛酸锂电池单体多用硬壳,究其原因就是因为难以解决工艺流程中的诸多问题,导致电池在使用过程中出现鼓包胀气,电池的容量不稳定。解决软包关键工艺后,预计今年的能量密度跃升到稳定的120wh以上,与磷酸铁锂平齐,实验室环境可能更高。

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随着钛酸锂电池在储能领域的应用前景逐渐明朗,越来越多的企业开始加入进来,今年4月,上海电气与国轩高科成立的合资企业,专门做储能的钛酸锂电池的项目。这个合资企业今年产线计划正式投产。

若成本问题得以解决,钛酸锂电池势必会成为储能这个风口中极具竞争力的一款电池产品。作为未来推动新能源产业发展的前瞻性技术,储能产业在新能源并网、新能源汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统等方面都将发挥巨大作用。

截至目前,中国电力科学研究院的项目团队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。

而越来越多的公司开始意识到钛酸锂电池在储能市场的应用前景,今年4月,上海电气与国轩高科成立的合资企业,专门做储能的钛酸锂电池的项目,该合资企业今年产线计划正式投产。若能向储能市场转向,降低钛酸锂电池的成本,摇摇欲坠的珠海银隆或许还有一线生机。


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