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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

珠海银隆快充大巴车

而珠海 银隆引以为傲的钛酸也被业 内人士普遍认为并不适合未来发展的方向,那么,是不是钛酸池就没 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,市场却 能成为其极具前景的领域。

在各种类型的电化学中,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,却因为 比能量密度低和成本高这两大特性影响到其在领域的应用前景。

最初的钛酸是以满 足电动汽车动力电池需求而开发的,虽然国 际上先进的钛酸池企业 已经开始涉足电力领域,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,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%。”

会成为的下一个风口吗?

值得注意的是,钛酸单体的 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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