中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：受電力儲(chǔ)能市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，2021年中國(guó)儲(chǔ)能電池市場(chǎng)出貨量為48GWh，同比增長(zhǎng)196%。如今的電化學(xué)儲(chǔ)能賽道可謂是百花齊放，從技術(shù)路線劃分，磷酸鐵鋰和三元鋰無(wú)異占據(jù)了主導(dǎo)。那么同為鋰離子電池技術(shù)，兩者之外的其它路線能否在這個(gè)儲(chǔ)能大賽道當(dāng)中分一杯“羹”？
5月19日，2022高工儲(chǔ)能全國(guó)巡回調(diào)研走進(jìn)博磊達(dá)新能源科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“博磊達(dá)”），就鈦酸鋰電池未來(lái)前景，儲(chǔ)能行業(yè)的多樣性等問(wèn)題進(jìn)行了深入探討。
優(yōu)劣勢(shì)明顯，如何取長(zhǎng)補(bǔ)短是關(guān)鍵
國(guó)家和行業(yè)一直在促進(jìn)儲(chǔ)能的多元化技術(shù)路線，國(guó)家發(fā)改委、能源局印發(fā)的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》以及《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》等文件均提出要推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)路線的多元化發(fā)展。這也是考慮到技術(shù)路線的多元化可滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景和功能的需求。
從技術(shù)層面作對(duì)比，鈦酸鋰相比磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)都極為明顯。
鈦酸鋰電池在能量密度和成本方面存在缺陷。這也是鈦酸鋰電池目前尚未普及的主要原因。首先在能量密度方面，目前磷酸鐵鋰離子電池實(shí)際比能量為100-120Wh/kg，三元電池則為150-200Wh/kg，其中TSLA采用的鎳鈷鋁三元電池更是達(dá)到252Wh/kg，而鈦酸鋰電池只有90Wh/kg。
其次在成本方面，今年一季度0.5C充放的鐵鋰儲(chǔ)能電芯平均報(bào)價(jià)大概是0.85-1元/Wh，三元儲(chǔ)能大概是1-1.1元/wh,而鈦酸鋰離子電池成本約為三元電池2倍以上，也不占優(yōu)?？稍凇澳就靶?yīng)”看來(lái)，只要存在1%的問(wèn)題，就必須額外付出100%的努力。
特殊地理環(huán)境衍生特殊需求
由于中國(guó)地理版圖遼闊，造成南北氣候狀況差異巨大。南方的昆明四季如春，北方的黑龍江全年平均氣溫為3°C，冬季最低氣溫低至零下41℃。而磷酸鐵鋰電池在0~-20°C溫度下,放電容量分別相當(dāng)于25°C溫度下放電容量的88.05%、65.52%和38.88%，需要熱管理系統(tǒng)加以輔助。
這就存在一個(gè)問(wèn)題，在保持正常工作狀態(tài)的情況下，北方的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)需要額外加裝大量空調(diào)，加強(qiáng)后期維護(hù)、更換電池等工作。這就導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本急劇增加，整個(gè)單位空間內(nèi)容量密度大幅降低。
反觀鈦酸鋰電池的尖晶石結(jié)構(gòu)具有三維鋰離子擴(kuò)散通道，因此鈦酸鋰電池在高低溫性能上的表現(xiàn)也十分優(yōu)異，在零下50℃到零上60℃均可正常充放電，完美適配極寒、惡劣氣候中的電池需求。
安全問(wèn)題不再是儲(chǔ)能發(fā)展之路的“絆腳石”
歷年來(lái)的儲(chǔ)能電站爆炸事故歷歷在目，安全隱患無(wú)疑制約了儲(chǔ)能行業(yè)前進(jìn)的腳步。傳統(tǒng)的碳電極在嵌鋰之后一旦過(guò)充，電極的表面容易析出金屬鋰，其與電解液接觸發(fā)生反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生可燃性氣體，帶來(lái)安全隱患。在以往的巡回當(dāng)中，高工儲(chǔ)能也曾和企業(yè)聊到國(guó)家電網(wǎng)為何不全力推進(jìn)儲(chǔ)能發(fā)展，唯一的答案便是安全問(wèn)題。
“中國(guó)電網(wǎng)是國(guó)家安全的底線之一，這是不容挑戰(zhàn)的，其對(duì)電網(wǎng)安全體系的投入也是不計(jì)成本的，對(duì)任何安全隱患采用“0容忍”態(tài)度。”某知名企業(yè)高管透露。事實(shí)上，不只是國(guó)家電網(wǎng)，相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景還有軍工、軌道交通等，電池成本也就不再成為選擇的考量指標(biāo)。
當(dāng)鈦酸鋰作為負(fù)極材料時(shí)，嵌鋰電位高，充放過(guò)程中能夠避免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)，所以安全性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的鋰離子電池。例如博磊達(dá)曾在其實(shí)驗(yàn)室里，將鈦酸鋰電池先后進(jìn)行了槍擊、浸泡、針刺、和高溫烘焙等極端測(cè)試，但鈦酸鋰電池均未發(fā)生冒煙起火爆炸等現(xiàn)象。
壽命循環(huán)與儲(chǔ)能降本息息相關(guān)
傳統(tǒng)鋰電池一般采用石墨做負(fù)極材料，石墨為二維層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子脫嵌過(guò)程當(dāng)中，體積變化率達(dá)到了±10%，嚴(yán)重降低了二者的循環(huán)壽命。而鈦酸鋰材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在充放電過(guò)程中，鋰離子嵌入和脫嵌不會(huì)造成鈦酸鋰晶型結(jié)構(gòu)的變化，被稱為零應(yīng)變材料。
據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定,鈦酸鋰離子電池的循環(huán)壽命可達(dá)25000次以上,壽命可達(dá)30年。三元鋰和磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命大約2000~3000次，因此在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，如果儲(chǔ)能電池壽命只有短短幾年，就會(huì)出現(xiàn)頻繁更換電池的問(wèn)題，極大增加了運(yùn)營(yíng)成本，而且容易增加性能不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，并不如鈦酸鋰電池省心。
充放電性能優(yōu)異，匹配電站調(diào)頻剛需
鈦酸鋰的三維鋰離子通道，可以實(shí)現(xiàn)鋰離子快速脫嵌。與其他負(fù)極材料相比，鈦酸鋰有著較高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，電化學(xué)反應(yīng)速度快，滿足大倍率快速充放電的需求，這恰好直擊儲(chǔ)能輔助火電調(diào)頻領(lǐng)域的“命脈”。
調(diào)頻需要“功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)”，而鈦酸鋰高倍率充放電的特點(diǎn)，十分符合調(diào)頻服務(wù)要求的短時(shí)間頻繁快速的充放電的要求。常規(guī)鋰電池倍率最高只有2C，鈦酸鋰可以做到4C以上，因此依靠柴油發(fā)電機(jī)的黑啟動(dòng)帶滿負(fù)荷大約需要30秒，而通過(guò)鈦酸鋰方案，僅需2秒左右。在相同的輸出功率下，配合其3倍以上的循環(huán)壽命，調(diào)頻里程理論可達(dá)到其它鋰離子電池的六倍以上。
由于上述提到的成本問(wèn)題，初始投資造成了鈦酸鋰電池性價(jià)比不高的假象。但在調(diào)頻電站的長(zhǎng)周期內(nèi)，里程成本才是評(píng)價(jià)儲(chǔ)能電站調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)用于調(diào)頻的儲(chǔ)能電池必須選用充放電速度快、壽命長(zhǎng)的功率型電池。換言之，鈦酸鋰電池儲(chǔ)能的初始投資成本只要不超過(guò)其他鋰電池儲(chǔ)能的6倍，其性價(jià)比在理論上都是具有優(yōu)勢(shì)的。
大企積極布局，看好未來(lái)前景
事實(shí)上，除去博磊達(dá)以外，中國(guó)石油和格力也對(duì)鈦酸鋰電池技術(shù)拋向了“橄欖枝”。
4月1日，中國(guó)石油連發(fā)3條儲(chǔ)能設(shè)備開(kāi)發(fā)招標(biāo)。此外，中國(guó)石油此次計(jì)劃引入合作方，共同完成鈦酸鋰電池模組PACK工藝方案，共同開(kāi)發(fā)高功率鈦酸鋰離子電池模塊適用的BMS、和適用于規(guī)模化高功率用能的能量管理系統(tǒng)EMS方案。
同時(shí)要求投標(biāo)人近3年至少有一項(xiàng)10MWh及以上傳統(tǒng)風(fēng)冷磷酸鐵鋰儲(chǔ)能項(xiàng)目供貨業(yè)績(jī)，以及近3年至少有一項(xiàng)10MWh及以上新型液冷磷酸鐵鋰儲(chǔ)能項(xiàng)目供貨業(yè)績(jī)。
2021年，格力電器以18億元收購(gòu)銀隆新能源（現(xiàn)已更名為“格力鈦”）目前格力鈦的儲(chǔ)能產(chǎn)品覆蓋KW到MW級(jí)別，為工業(yè)調(diào)峰、電網(wǎng)調(diào)頻、通信基站、數(shù)據(jù)中心、軌道交通、風(fēng)光消納、商業(yè)綜合體等儲(chǔ)能領(lǐng)域提供解決方案。
董明珠表示，“鈦酸鋰電池最大的特點(diǎn)是安全，無(wú)論高溫低溫，它不會(huì)起火，不會(huì)爆炸。我們選擇這個(gè)項(xiàng)目不是為了能賺錢(qián)而去做，是因?yàn)槲磥?lái)發(fā)展需要而去做。”
