押寶鈦酸鋰命懸一線 儲能或?qū)⒊蔀橹楹ｃy隆的救命稻草
時間:2018-08-13 16:16來源:OFweek鋰電網(wǎng) 作者:綜合報道
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近日，身處質(zhì)疑漩渦中珠海銀隆接連被曝出有廠區(qū)大面積停工，南京項目因工程欠款一度被法院查封等問題；日前又主動宣布減員8000人。
雖然鈦酸鋰電池能量密度不夠的硬傷與電動汽車更長續(xù)航里程的要求背道而馳，但是憑借超長的循環(huán)壽命和優(yōu)秀的安全性能，儲能市場卻能成為其極具前景的領(lǐng)域。
在各種類型的電化學儲能技術(shù)中，鈦酸鋰電池具有循環(huán)壽命長、安全性能好等特點，很好的契合了電網(wǎng)儲能的應用場景，但目前來看，較高的應用成本成為阻礙鈦酸鋰電池在儲能領(lǐng)域規(guī)模化推廣的主要障礙。
鈦酸鋰電池的特性更適合儲能領(lǐng)域
據(jù)了解，儲能技術(shù)主要分為機械儲能、電化學儲能、電磁儲能和相變儲能等。近幾年，以鋰離子電池為代表的電化學儲能技術(shù)具有能量規(guī)模大、選址靈活、響應速度快等特點，符合電力系統(tǒng)技術(shù)需求和智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢，被各國研究機構(gòu)作為研究重點，成為發(fā)展最快的電力系統(tǒng)儲能技術(shù)。
鋰離子電池技術(shù)隨著電池電極材料的研究一直處于快速發(fā)展的狀態(tài)，目前已經(jīng)從鈷酸鋰電池拓展到了三元系、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰等多種電池體系并存。以鈦酸鋰為負極的新型鋰離子電池，突破了石墨作為負極的固有局限性，性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的鋰離子電池，成為最具應用前景的儲能電池之一。
安全穩(wěn)定性好。由于鈦酸鋰負極材料嵌鋰電位高，在充電的過程中避免了金屬鋰的生成和析出，又因其平衡電位高于絕大部分電解質(zhì)溶劑的還原電位，不與電解液反應，不形成固—液界面鈍化膜，避免了很多副反應的發(fā)生，從而大大的提高了安全性。中國電力科學研究院儲能電池本體研究室主任楊凱認為，儲能電站和電動汽車一樣，安全穩(wěn)定性是最為重要的指標。
快充性能優(yōu)異。充電時間太長一直是電動汽車發(fā)展過程中難以跨越的障礙。一般采用慢充的純電動公交車，充電時間至少要4個小時以上，很多純電動乘用車的充電時間更是長達8個小時。而鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿，較傳統(tǒng)的電池有了質(zhì)的飛躍。
循環(huán)壽命長。與傳統(tǒng)鋰離子電池普遍采用的石墨材料相比，鈦酸鋰材料在充放電嵌脫鋰過程中，骨架結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生收縮或膨脹，被稱為“零應變”材料，避免了一般電極材料脫／嵌鋰離子時晶胞體積應變而造成的電極結(jié)構(gòu)損壞的問題，因而具有非常優(yōu)異的循環(huán)性能。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)測定，普通磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命平均為4000—6000次，而鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命可達25000次以上。
耐寬溫性能良好。一般電動汽車在－10℃時充放電就會出現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強，在－40℃到70℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國，還是在炎熱的南方，車輛都不會因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂，這一特性用在儲能領(lǐng)域也更為合適。
技術(shù)重構(gòu)降低成本
擁有安全穩(wěn)定性好、快充性能優(yōu)異、循環(huán)壽命長、耐寬溫性能良好等諸多優(yōu)點鈦酸鋰電池，卻因為比能量密度低和成本高這兩大特性影響到其在電動汽車領(lǐng)域的應用前景。
最初的鈦酸鋰電池是以滿足電動汽車動力電池需求而開發(fā)的，雖然國際上先進的鈦酸鋰電池企業(yè)已經(jīng)開始涉足電力儲能領(lǐng)域，但還沒有出現(xiàn)專門為規(guī)模儲能應用設計開發(fā)的鈦酸鋰電池。
“鈦酸鋰電池在規(guī)模應用中面臨的主要問題是成本問題，項目研發(fā)之初，其價格是磷酸鐵鋰電池價格的4—6倍。” 中國電力科學研究院儲能電池本體研究室主任楊凱認為，鈦酸鋰電池價格居高不下，雖然性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有鋰離子電池，但是經(jīng)濟性因素極大的限制了鈦酸鋰電池的市場推廣。
因此，鈦酸鋰電池要實現(xiàn)大規(guī)模儲能應用，需要在現(xiàn)有的電動汽車用鈦酸鋰電池的基礎上進行技術(shù)重構(gòu)，包括材料體系、電池設計、生產(chǎn)工藝等方面的技術(shù)重構(gòu)，在保證鈦酸鋰電池長壽命本征特性的同時，大幅降低成本，從而滿足儲能應用需求為目標。
任何技術(shù)都不可能面面俱到，只需要找到各項技術(shù)指標間的平衡點。
“儲能電池對倍率要求并不太高，放電倍率只需達到5C。”楊凱表示，“儲能電池一般都放在房間里，溫度相對恒定，對溫度適應性的要求也不用太高，放棄一些性能，選擇低成本，成為最重要的選擇。”
中國電力科學研究院的項目團隊對鈦酸鋰電池進行了成本分析后發(fā)現(xiàn)，這種電池成本高的根源在于材料。“鈦酸鋰電池用的是納米材料，材料合成工藝和電池制備工藝復雜。”
由于納米材料吸水性強，因此，生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須要降低環(huán)境濕度，加大對廠房的除濕處理，并增加烘干程序，能耗顯著增加。對此，項目團隊決定在納米材料上下工夫，他們經(jīng)過反復試驗，最終以低成本亞微米鈦酸鋰材料取代納米鈦酸鋰材料，并以此為基礎建立儲能用鈦酸鋰電池材料體系。通過實驗，材料粒徑在0．8微米時，既能保證長壽命的特點，又能降低生產(chǎn)工藝控制的苛刻條件，從而降低成本。同時，還采用在性能、制造工藝、成本方面都具有優(yōu)勢的疊片式軟包裝結(jié)構(gòu)取代環(huán)形結(jié)構(gòu)和圓柱形結(jié)構(gòu)。
這是從材料和電池結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來降低電池成本，另一方面則針對勻漿、預涂層集流體、環(huán)境控制、電池制作工序等環(huán)節(jié)進行技術(shù)重構(gòu)，降低電池成本。
在電極制作環(huán)節(jié)，該項目團隊將進口預涂層集流體改為自主研發(fā)的預涂層集流體；在電池制作工序上，取消了涂布前卷料烘干和注液前電芯烘干兩個烘干工序。在電池制作的環(huán)境控制環(huán)節(jié)，將環(huán)境濕度由10％放寬到30％。“納米材料一般濕度要控制在10％以下，磷酸鐵鋰則為30％，我們用亞微米材料在30％的濕度環(huán)境下制作電池，發(fā)現(xiàn)電池壽命幾乎沒受影響。”楊凱說，“經(jīng)過測試，鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命超過16000次，電池成本下降了30％。”
鈦酸鋰電池會成為儲能的下一個風口嗎？
值得注意的是，鈦酸鋰電池單體的關(guān)鍵制備工藝在2017年，國內(nèi)已經(jīng)有明顯突破，國內(nèi)一批成品電池（不是銀隆）使用國內(nèi)甚少使用的軟包工藝，這意味著已經(jīng)解決了電池鼓包、脹氣、電池致密性等一系列問題，相對于硬質(zhì)金屬殼包裝，軟包單體在能量密度上更上一層樓。
既往珠海銀隆、微宏動力等生產(chǎn)的鈦酸鋰電池單體多用硬殼，究其原因就是因為難以解決工藝流程中的諸多問題，導致電池在使用過程中出現(xiàn)鼓包脹氣，電池的容量不穩(wěn)定。解決軟包關(guān)鍵工藝后，預計今年的能量密度躍升到穩(wěn)定的120wh以上，與磷酸鐵鋰平齊，實驗室環(huán)境可能更高。
隨著鈦酸鋰電池在儲能領(lǐng)域的應用前景逐漸明朗，越來越多的企業(yè)開始加入進來，今年4月，上海電氣與國軒高科成立的合資企業(yè)，專門做儲能的鈦酸鋰電池的項目。這個合資企業(yè)今年產(chǎn)線計劃正式投產(chǎn)。
若成本問題得以解決，鈦酸鋰電池勢必會成為儲能這個風口中極具競爭力的一款電池產(chǎn)品。作為未來推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前瞻性技術(shù)，儲能產(chǎn)業(yè)在新能源并網(wǎng)、新能源汽車、智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng)、家庭儲能系統(tǒng)等方面都將發(fā)揮巨大作用。
截至目前，中國電力科學研究院的項目團隊相關(guān)研究成果除了在“國家風光儲輸示范工程”項目中得到應用外，對于在北京—張家口舉辦的2022年冬奧會以及北京電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也將發(fā)揮重要作用。
而越來越多的公司開始意識到鈦酸鋰電池在儲能市場的應用前景，今年4月，上海電氣與國軒高科成立的合資企業(yè)，專門做儲能的鈦酸鋰電池的項目，該合資企業(yè)今年產(chǎn)線計劃正式投產(chǎn)。若能向儲能市場轉(zhuǎn)向，降低鈦酸鋰電池的成本，搖搖欲墜的珠海銀隆或許還有一線生機。
(責任編輯：王杰)
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