押寶鈦酸鋰命懸一線 儲(chǔ)能或?qū)⒊蔀橹楹ｃy隆的救命稻草

時(shí)間:2018-08-13 16:16來源:OFweek鋰電網(wǎng) 作者:綜合報(bào)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(xiàng)目因工程欠款一度被法院查封等問題；日前又主動(dòng)宣布減員8000人。
 
        而珠海銀隆引以為傲的鈦酸鋰電池也被業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為并不適合未來電動(dòng)汽車發(fā)展的方向，那么，是不是鈦酸鋰電池就沒有用武之地了呢？
 
        雖然鈦酸鋰電池能量密度不夠的硬傷與電動(dòng)汽車更長(zhǎng)續(xù)航里程的要求背道而馳，但是憑借超長(zhǎng)的循環(huán)壽命和優(yōu)秀的安全性能，儲(chǔ)能市場(chǎng)卻能成為其極具前景的領(lǐng)域。
 
        在各種類型的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鈦酸鋰電池具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好等特點(diǎn)，很好的契合了電網(wǎng)儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景，但目前來看，較高的應(yīng)用成本成為阻礙鈦酸鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域規(guī)�；茝V的主要障礙。
 
        鈦酸鋰電池的特性更適合儲(chǔ)能領(lǐng)域
 
        據(jù)了解，儲(chǔ)能技術(shù)主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能等。近幾年，以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)具有能量規(guī)模大、選址靈活、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，符合電力系統(tǒng)技術(shù)需求和智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)，被各國(guó)研究機(jī)構(gòu)作為研究重點(diǎn)，成為發(fā)展最快的電力系統(tǒng)儲(chǔ)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(fù)極的新型鋰離子電池，突破了石墨作為負(fù)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(yīng)用前景的儲(chǔ)能電池之一。
 
        安全穩(wěn)定性好。由于鈦酸鋰負(fù)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(yīng)，不形成固—液界面鈍化膜，避免了很多副反應(yīng)的發(fā)生，從而大大的提高了安全性。中國(guó)電力科學(xué)研究院儲(chǔ)能電池本體研究室主任楊凱認(rèn)為，儲(chǔ)能電站和電動(dòng)汽車一樣，安全穩(wěn)定性是最為重要的指標(biāo)。
 
        快充性能優(yōu)異。充電時(shí)間太長(zhǎng)一直是電動(dòng)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(dòng)公交車，充電時(shí)間至少要4個(gè)小時(shí)以上，很多純電動(dòng)乘用車的充電時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)8個(gè)小時(shí)。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(zhǎng)。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(yīng)變”材料，避免了一般電極材料脫／嵌鋰離子時(shí)晶胞體積應(yīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)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(dá)25000次以上。
 
        耐寬溫性能良好。一般電動(dòng)汽車在－10℃時(shí)充放電就會(huì)出現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強(qiáng)，在－40℃到70℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國(guó)，還是在炎熱的南方，車輛都不會(huì)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(chǔ)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(zhǎng)、耐寬溫性能良好等諸多優(yōu)點(diǎn)鈦酸鋰電池，卻因?yàn)楸饶芰棵芏鹊秃统杀靖哌@兩大特性影響到其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
 
        最初的鈦酸鋰電池是以滿足電動(dòng)汽車動(dòng)力電池需求而開發(fā)的，雖然國(guó)際上先進(jìn)的鈦酸鋰電池企業(yè)已經(jīng)開始涉足電力儲(chǔ)能領(lǐng)域，但還沒有出現(xiàn)專門為規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)的鈦酸鋰電池。
 
        “鈦酸鋰電池在規(guī)模應(yīng)用中面臨的主要問題是成本問題，項(xiàng)目研發(fā)之初，其價(jià)格是磷酸鐵鋰電池價(jià)格的4—6倍。” 中國(guó)電力科學(xué)研究院儲(chǔ)能電池本體研究室主任楊凱認(rèn)為，鈦酸鋰電池價(jià)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(jì)性因素極大的限制了鈦酸鋰電池的市場(chǎng)推廣。
 
        因此，鈦酸鋰電池要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用，需要在現(xiàn)有的電動(dòng)汽車用鈦酸鋰電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)重構(gòu)，包括材料體系、電池設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝等方面的技術(shù)重構(gòu)，在保證鈦酸鋰電池長(zhǎng)壽命本征特性的同時(shí)，大幅降低成本，從而滿足儲(chǔ)能應(yīng)用需求為目標(biāo)。
 
        任何技術(shù)都不可能面面俱到，只需要找到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)間的平衡點(diǎn)。
 
        “儲(chǔ)能電池對(duì)倍率要求并不太高，放電倍率只需達(dá)到5C。”楊凱表示，“儲(chǔ)能電池一般都放在房間里，溫度相對(duì)恒定，對(duì)溫度適應(yīng)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(guó)電力科學(xué)研究院的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)鈦酸鋰電池進(jìn)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(fù)雜。”
 
        由于納米材料吸水性強(qiáng)，因此，生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須要降低環(huán)境濕度，加大對(duì)廠房的除濕處理，并增加烘干程序，能耗顯著增加。對(duì)此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定在納米材料上下工夫，他們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，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(chǔ)建立儲(chǔ)能用鈦酸鋰電池材料體系。通過實(shí)驗(yàn)，材料粒徑在0．8微米時(shí)，既能保證長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，又能降低生產(chǎn)工藝控制的苛刻條件，從而降低成本。同時(shí)，還采用在性能、制造工藝、成本方面都具有優(yōu)勢(shì)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(duì)勻漿、預(yù)涂層集流體、環(huán)境控制、電池制作工序等環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)重構(gòu)，降低電池成本。
 
        在電極制作環(huán)節(jié)，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將進(jìn)口預(yù)涂層集流體改為自主研發(fā)的預(yù)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(gè)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(cè)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(huì)成為儲(chǔ)能的下一個(gè)風(fēng)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(guó)內(nèi)已經(jīng)有明顯突破，國(guó)內(nèi)一批成品電池（不是銀�。┦褂脟�(guó)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(duì)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(dòng)力等生產(chǎn)的鈦酸鋰電池單體多用硬殼，究其原因就是因?yàn)殡y以解決工藝流程中的諸多問題，導(dǎo)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(yù)計(jì)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(shí)驗(yàn)室環(huán)境可能更高。
 
        隨著鈦酸鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景逐漸明朗，越來越多的企業(yè)開始加入進(jìn)來，今年4月，上海電氣與國(guó)軒高科成立的合資企業(yè)，專門做儲(chǔ)能的鈦酸鋰電池的項(xiàng)目。這個(gè)合資企業(yè)今年產(chǎn)線計(jì)劃正式投產(chǎn)。
 
        若成本問題得以解決，鈦酸鋰電池勢(shì)必會(huì)成為儲(chǔ)能這個(gè)風(fēng)口中極具競(jìng)爭(zhēng)力的一款電池產(chǎn)品。作為未來推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前瞻性技術(shù)，儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)等方面都將發(fā)揮巨大作用。
 
        截至目前，中國(guó)電力科學(xué)研究院的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究成果除了在“國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程”項(xiàng)目中得到應(yīng)用外，對(duì)于在北京—張家口舉辦的2022年冬奧會(huì)以及北京電動(dòng)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(shí)到鈦酸鋰電池在儲(chǔ)能市場(chǎng)的應(yīng)用前景，今年4月，上海電氣與國(guó)軒高科成立的合資企業(yè)，專門做儲(chǔ)能的鈦酸鋰電池的項(xiàng)目，該合資企業(yè)今年產(chǎn)線計(jì)劃正式投產(chǎn)。若能向儲(chǔ)能市場(chǎng)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(jī)。
 
(責(zé)任編輯：王杰)
文章標(biāo)簽： 儲(chǔ)能 鈦酸鋰 珠海銀隆
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