鉅大LARGE | 點擊量：524次 | 2021年11月30日
鋰離子電池百家爭鳴 鈦酸鋰離子電池別具一格
珠海銀隆在經(jīng)歷了格力的收購風波和董明珠、王健林等30億集體增資后，更建成世界最大的鈦酸鋰材料和電池生產(chǎn)基地，一次又一次引起業(yè)界和媒體的廣泛關注。雖然鈦酸鋰技術應用于電動汽車和儲能領域的可行性已經(jīng)在市場上得到了印證，鈦酸鋰離子電池在倍率、高溫、低溫、循環(huán)壽命、安全性等電池性能指標也得到了行業(yè)認可。但當新科技、新觀點、新事物的出現(xiàn)時，總會引來一定的質疑，鈦酸鋰離子電池市場應用前景到底如何？下面記者通過專家論證后對鈦酸鋰材料進行解析。
比較其他鋰離子電池，鈦酸鋰離子電池市場前景廣闊
慢充純電動客車存在電池過重現(xiàn)象。目前市場上主流的磷酸鐵鋰動力鋰離子電池，其正極材料為磷酸亞鐵鋰，理論比容量為170mAh/g，實際可逆容量為120~140mAh/g，與石墨搭配制成電池的額定電壓為3.2V。因為其技術門檻相對較低，目前國內(nèi)大多數(shù)廠家都會首選其作為其核心動力鋰離子電池產(chǎn)品，而大多數(shù)廠家生產(chǎn)的磷酸鐵鋰單體電池能量密度是在120Wh/kg左右。
但隨著2017年國家有關新能源汽車的最新補貼政策對能量型電池的能量密度提出了明確要求，技術門檻讓國內(nèi)很多磷酸鐵鋰離子電池廠直接停產(chǎn)了。同時新政除了對能量密度有要求外，裝載能量型電池的行駛里程不得低于250km，即使按磷酸鐵鋰系統(tǒng)120Wh/kg的上限計算，裝車電池的重量為2.5~3噸，可能會形成“小馬拉大車”的客觀現(xiàn)象，嚴重影響整車的能源使用效率，耗能嚴重。
其他鋰離子電池仍然難以突破能量密度瓶頸（在不犧牲安全性、循環(huán)使用壽命的前提下）。至于如何突破電池能量密度200Wh/kg的目標，最有可能實現(xiàn)的是使用硅炭作為負極，但這種新材料受限于循環(huán)壽命不佳，離實際應用于動力鋰離子電池還有不小的距離。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而據(jù)行業(yè)專家表示，即使使用硅炭作為負極，能量密度達到200Wh/kg，無非也就達到目前三元電池的能量密度水平，而目前特斯拉使用這種能量密度水平的電池，也沒法解決純電動汽車的行駛里程焦慮問題，更不用說循環(huán)使用壽命短，電池容量衰減快的硅炭負極的磷酸鐵鋰離子電池了。
與磷酸鐵鋰離子電池類似，三元動力鋰離子電池用于電動汽車走的也是所謂能量密度路線，由于三元材料是在鈷酸鋰等層狀金屬氧化物正極材料的基礎上衍生出來的，所以其電化學性質和鈷酸鋰十分接近，只是安全性略好于鈷酸鋰。雖然其電池能量密度較高，但由于與石墨這種更不穩(wěn)定的負極材料搭配，其安全性一直飽受質疑，目前已經(jīng)發(fā)生了幾起嚴重的安全事故。所以三元鋰離子電池目前重要應用于小型乘用車，國家有關其在公共交通領域的應用還十分謹慎。另外，磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池都比較適合慢充，要建設大量配套的充電設施，投資和建設成本很高，特別是有關城市用地比較緊張的地區(qū)受到的限制會更多。
實際運營中，慢充純電動客車運營成本高。以公交公司為例，大部分純電動客車行駛里程一般不超過200km。而一般公交車的日均行駛里程都在200km以上，所以充一次電跑一天基本上都無法實現(xiàn)，要在進站的間隙快速補電，隨著電池容量的衰減，補電的頻率會顯著新增。所以，磷酸鐵鋰純電動公交車在運營過程中也要大電流充電設備。同時，由于磷酸鐵鋰離子電池的充電倍率限制，為了保證行駛里程，快速補電時間不能太短。這有關一些發(fā)車間隔比較短的線路就要配備更多的車輛來滿足運營要，這無形中也新增了運營成本。至于每臺車每晚的慢充要配備的充電樁、值班人員等一系列維護成本也不低。所以，雖然磷酸鐵鋰純電動公交車在一次購車成本方面略占優(yōu)勢，但實際運營成本和效果并一定很理想。慢充有關運營成本的浪費也是要考慮的。
從國情出發(fā)，鈦酸鋰離子電池具備市場應用前景
從循環(huán)使用壽命、高安全等領域來看，鈦酸鋰離子電池具備材料的先天優(yōu)勢，從而適應了國情發(fā)展，在電動汽車的充電時間、續(xù)駛里程、安全性能等問題上，解決了大部分我國公交公司的需求，實現(xiàn)了壽命和運營效率等各項指標必須與傳統(tǒng)內(nèi)燃機競爭的先決條件，這不得不說是鋰離子電池領域的一大突破，對完善整個鋰離子電池應用體系有著重要影響。
據(jù)悉，與磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池不同，在電動汽車領域，鈦酸鋰離子電池充分利用其特性，走的是快充路線，即在6分鐘或更短時間內(nèi)充滿電后即可正常行駛。所以它非常適用于高使用頻率的運營車輛。
快充可以提高充電樁的使用效率，最大限度節(jié)約充電場站的建設用地和成本，在寸土寸金的城市區(qū)域，更顯難能可貴，隨著國家城市化進展，鈦酸鋰離子電池的研發(fā)在行業(yè)是極具前瞻戰(zhàn)略意義的。鈦酸鋰離子電池純電動公交車重要應用鈦酸鋰離子電池在快充、長壽命、耐高低溫、高安全等方面的特點，可以實現(xiàn)與傳統(tǒng)燃油車1：1的替換，充電樁可以采用5：1，即5輛車配1個充電樁的模式進行運營，大大降低了充電樁的建設和車輛運營成本。
鈦酸鋰離子電池的長壽命和優(yōu)異的高低溫性能也保證了運營車輛的穩(wěn)定性。至于實際運營效果，就以全世界最大公交運營系統(tǒng)——北京公交為例。眾所周知，北京人口眾多，北京公交的運營壓力巨大，每條線路高峰期的發(fā)車間隔只有幾分鐘。早在2008年北京奧運會就開始使用純電動公交車，嘗試過慢充、換電等多種運營模式，也使用過包括錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元電池在內(nèi)的多種動力鋰離子電池，都因為不符合實際需求而最后棄用。最后經(jīng)過127個專家長時間討論，選擇了銀隆新能源，而銀隆純電動客車能進入北京公交無疑證明了鈦酸鋰離子電池的優(yōu)越性，是符合新能源公交發(fā)展規(guī)律的，也是尊重市場規(guī)律的選擇。
綜上所述，其實某種技術是不是適合于某一領域的應用，并不單單是一兩個簡單的技術指標所決定的，更多的是要看其實際應用效果和客戶的認可程度。隨著鈦酸鋰離子電池生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，結合未來風光儲能等設施的建設，再配合銀隆特有的商務模式，鈦酸鋰離子電池純電動公交車是最有可能率先擺脫財政補貼的新能源車型之一。
鋰離子電池多技術路線發(fā)展有利于行業(yè)發(fā)展
鈦酸鋰離子電池目前的能量密度偏低，一方面是由于鈦酸鋰材料本身的固有性質所形成的，另一方面也是因為使用規(guī)模不及磷酸鐵鋰，導致研發(fā)力度不足。
但正如前文所述，磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池同樣也有能量密度限制，按現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)應用的石墨負極來計算，其單體電池能量密度上限分別約為150Wh/kg和230Wh/kg，假如想要實現(xiàn)突破就必須有新的高容量負極材料出現(xiàn)。而鈦酸鋰材料要想實現(xiàn)能量密度的突破就要尋找一種更高容量的正極材料。
其實這兩者殊道同歸，都為突破鋰離子電池領域的瓶頸，只是在發(fā)展方向上，因為材料的不同，而稍有不同罷了。而目前以珠海銀隆為代表的鈦酸鋰離子電池公司建成前列的鈦酸鋰材料和電池生產(chǎn)基地，隨著產(chǎn)業(yè)化的整體提升，成本將得到進一步降低，隨著產(chǎn)業(yè)應用率的上升，同樣有望在科研領域取得突破。
鈦酸鋰材料同樣適用于儲能領域，根據(jù)調(diào)查，由銀隆新能源參與的深圳寶清儲能電站示范工程，是我國第一個兆瓦級電池儲能站，也是世界上首個10千伏無變壓器直掛電網(wǎng)的電池儲能站。就像一個超級充電器，是由鈦酸鋰單體蓄電池組成的快速充放電系統(tǒng)，對電網(wǎng)起到平滑間歇性電源功率波動、減小負荷峰谷差、新增備用容量3大用途。實現(xiàn)了四級均衡體系，已經(jīng)被證實具有極大的市場應用空間。
有關儲能領域，首先要明確的是峰谷電價差只是儲能應用的初級部分，而且規(guī)模不同有關使用年限的要求也有很大差異。有關電力儲能而言，最小規(guī)模的都以MW計算，相當于上百臺車的數(shù)量級。這種級別的儲能站建設周期都比較長，投資巨大，一般最低使用年限都要求在15年以上，所以長壽命是應用于電力儲能的電池產(chǎn)品所必須的。在這方面，磷酸鐵鋰和鈦酸鋰離子電池都具有一定的優(yōu)勢。
另外，電力儲能還有很大一部分功能是用來調(diào)頻的，即平滑電網(wǎng)中的電壓波動頻率，保證電網(wǎng)中的電能質量。其重要應用就是有關風光儲等波動較大的發(fā)電源供應并網(wǎng)服務，保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定，使原本有關電網(wǎng)沖擊很大的垃圾綠色能源真正實現(xiàn)其價值。在這方面，要求電池具備5C以上的快速充放電能力，所以鈦酸鋰離子電池的快速充放電、長壽命優(yōu)勢就更為凸顯，在這一領域的應用優(yōu)勢更大。美國奧鈦納米技術公司原本的重要業(yè)務就有針對這部分應用需求的，其在AES和夏威夷的應用都屬此類。由于美國是存在調(diào)頻電價，所以這一業(yè)務和調(diào)峰應用相同也是有盈利的。雖然目前國內(nèi)市場暫時還沒有出臺調(diào)頻電價，但相信隨著國家的發(fā)展，有關高質量電能需求也會逐漸新增，這部分應用也會成為重要的儲能發(fā)展方向之一。
其實，在每個行業(yè)進入高速發(fā)展之時，都會引發(fā)社會的高度關注隨之也會存在大量的觀點學說，而鋰離子電池行業(yè)正處于百家爭鳴的現(xiàn)狀，并且具有朝陽的發(fā)展姿態(tài)，社會應該給予更多的支持與寬容，塑造良好的行業(yè)環(huán)境。
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