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【原创】钛酸锂电池储能市场机会几何?
储能| 钛酸锂电池 文章来源自:高工锂电网
2022-05-27 09:34:48 阅读:16787
摘要钛酸锂电池在高低温性能上的表现也十分优异,在零下50℃到零上60℃均可正常充放电,完美适配极寒、恶劣气候中的电池需求。

受电力储能市场快速增长,2021年中国储能电池市场出货量为48GWh,同比增长196%。如今的电化学储能赛道可谓是百花齐放,从技术路线划分,磷酸铁锂和三元锂无异占据了主导。那么同为锂离子电池技术,两者之外的其它路线能否在这个储能大赛道当中分一杯“羹”?

5月19日,2022高工储能全国巡回调研走进博磊达新能源科技有限公司(以下简称“博磊达”),就钛酸锂电池未来前景,储能行业的多样性等问题进行了深入探讨。 

优劣势明显,如何取长补短是关键 

国家和行业一直在促进储能的多元化技术路线,国家发改委、能源局印发的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》以及《“十四五”新型储能发展实施方案》等文件均提出要推动储能技术路线的多元化发展。这也是考虑到技术路线的多元化可满足不同的应用场景和功能的需求。

从技术层面作对比,钛酸锂相比磷酸铁锂的优势和劣势都极为明显。 

钛酸锂电池在能量密度和成本方面存在缺陷。这也是钛酸锂电池目前尚未普及的主要原因。首先在能量密度方面,目前磷酸铁锂离子电池实际比能量为100-120Wh/kg,三元电池则为150-200Wh/kg,其中TSLA采用的镍钴铝三元电池更是达到252Wh/kg,而钛酸锂电池只有90Wh/kg。 

其次在成本方面,今年一季度0.5C充放的铁锂储能电芯平均报价大概是0.85-1元/Wh,三元储能大概是1-1.1元/wh,而钛酸锂离子电池成本约为三元电池2倍以上,也不占优。可在“木桶效应”看来,只要存在1%的问题,就必须额外付出100%的努力。

特殊地理环境衍生特殊需求 

由于中国地理版图辽阔,造成南北气候状况差异巨大。南方的昆明四季如春,北方的黑龙江全年平均气温为3°C,冬季最低气温低至零下41℃。而磷酸铁锂电池在0~-20°C温度下,放电容量分别相当于25°C温度下放电容量的88.05%、65.52%和38.88%,需要热管理系统加以辅助。

这就存在一个问题,在保持正常工作状态的情况下,北方的磷酸铁锂储能系统需要额外加装大量空调,加强后期维护、更换电池等工作。这就导致储能系统的成本急剧增加,整个单位空间内容量密度大幅降低。 

反观钛酸锂电池的尖晶石结构具有三维锂离子扩散通道,因此钛酸锂电池在高低温性能上的表现也十分优异,在零下50℃到零上60℃均可正常充放电,完美适配极寒、恶劣气候中的电池需求。 

安全问题不再是储能发展之路的“绊脚石” 

历年来的储能电站爆炸事故历历在目,安全隐患无疑制约了储能行业前进的脚步。传统的碳电极在嵌锂之后一旦过充,电极的表面容易析出金属锂,其与电解液接触发生反应会产生可燃性气体,带来安全隐患。在以往的巡回当中,高工储能也曾和企业聊到国家电网为何不全力推进储能发展,唯一的答案便是安全问题。

“中国电网是国家安全的底线之一,这是不容挑战的,其对电网安全体系的投入也是不计成本的,对任何安全隐患采用“0容忍”态度。”某知名企业高管透露。事实上,不只是国家电网,相应的应用场景还有军工、轨道交通等,电池成本也就不再成为选择的考量指标。

当钛酸锂作为负极材料时,嵌锂电位高,充放过程中能够避免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,所以安全性能显著优于传统的锂离子电池。例如博磊达曾在其实验室里,将钛酸锂电池先后进行了枪击、浸泡、针刺、和高温烘焙等极端测试,但钛酸锂电池均未发生冒烟起火爆炸等现象。 

寿命循环与储能降本息息相关 

传统锂电池一般采用石墨做负极材料,石墨为二维层状结构,锂离子脱嵌过程当中,体积变化率达到了±10%,严重降低了二者的循环寿命。而钛酸锂材料结构稳定,在充放电过程中,锂离子嵌入和脱嵌不会造成钛酸锂晶型结构的变化,被称为零应变材料。 

据实验数据测定,钛酸锂离子电池的循环寿命可达25000次以上,寿命可达30年。三元锂和磷酸铁锂电池的循环寿命大约2000~3000次,因此在实际应用当中,如果储能电池寿命只有短短几年,就会出现频繁更换电池的问题,极大增加了运营成本,而且容易增加性能不稳定的风险,并不如钛酸锂电池省心。 

充放电性能优异,匹配电站调频刚需 

钛酸锂的三维锂离子通道,可以实现锂离子快速脱嵌。与其他负极材料相比,钛酸锂有着较高的锂离子扩散系数,电化学反应速度快,满足大倍率快速充放电的需求,这恰好直击储能辅助火电调频领域的“命脉”。

调频需要“功率型储能系统”,而钛酸锂高倍率充放电的特点,十分符合调频服务要求的短时间频繁快速的充放电的要求。常规锂电池倍率最高只有2C,钛酸锂可以做到4C以上,因此依靠柴油发电机的黑启动带满负荷大约需要30秒,而通过钛酸锂方案,仅需2秒左右。在相同的输出功率下,配合其3倍以上的循环寿命,调频里程理论可达到其它锂离子电池的六倍以上。

由于上述提到的成本问题,初始投资造成了钛酸锂电池性价比不高的假象。但在调频电站的长周期内,里程成本才是评价储能电站调频经济性的重要指标。从这个角度来说,应用于调频的储能电池必须选用充放电速度快、寿命长的功率型电池。换言之,钛酸锂电池储能的初始投资成本只要不超过其他锂电池储能的6倍,其性价比在理论上都是具有优势的。 

大企积极布局,看好未来前景 

事实上,除去博磊达以外,中国石油和格力也对钛酸锂电池技术抛向了“橄榄枝”。 

4月1日,中国石油连发3条储能设备开发招标。此外,中国石油此次计划引入合作方,共同完成钛酸锂电池模组PACK工艺方案,共同开发高功率钛酸锂离子电池模块适用的BMS、和适用于规模化高功率用能的能量管理系统EMS方案。

同时要求投标人近3年至少有一项10MWh及以上传统风冷磷酸铁锂储能项目供货业绩,以及近3年至少有一项10MWh及以上新型液冷磷酸铁锂储能项目供货业绩。 

2021年,格力电器以18亿元收购银隆新能源(现已更名为“格力钛”)目前格力钛的储能产品覆盖KW到MW级别,为工业调峰、电网调频、通信基站、数据中心、轨道交通、风光消纳、商业综合体等储能领域提供解决方案。 

董明珠表示,“钛酸锂电池最大的特点是安全,无论高温低温,它不会起火,不会爆炸。我们选择这个项目不是为了能赚钱而去做,是因为未来发展需要而去做。”
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