鉅大LARGE | 點擊量：1699次 | 2019年05月15日
鈦酸鋰電池在儲能上有哪些應(yīng)用
4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日上午的“儲能電池與技術(shù)應(yīng)用（上）”專場，深圳博磊達(dá)新能源科技有限公司總經(jīng)理王燕在會上分享了主題報告《鈦酸鋰電池在儲能上的應(yīng)用》，以下為演講實錄：
王燕：各位同仁，大家早上好！今天我代表我們深圳博磊達(dá)公司在這里和大家分享一下鈦酸鋰電池在儲能上的應(yīng)用。
我介紹的內(nèi)容分三個部分內(nèi)容：第一部分，公司介紹；第二，鈦酸鋰電池介紹；第三，鈦酸鋰電池應(yīng)用分享。
深圳博磊達(dá)公司是一家高新技術(shù)科技企業(yè)，我們的核心研發(fā)團(tuán)隊包括美國斯坦福大學(xué)的博士后、中科院的博士后以及其他知名院校的博士等組成，我們公司也非常注重跟產(chǎn)學(xué)研方面的合作，首先與美國德斯坦副大學(xué)戴宏杰院士展開官方的合作，合作研發(fā)新型的電池體系以及電池材料；我們與南開大學(xué)、湖南大學(xué)、西北大學(xué)、暨南大學(xué)展開研發(fā)合作，成立了聯(lián)合工程實驗室；我們與特種科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院開展技術(shù)展開合作，成為其技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新合作單位。
一個好的企業(yè)必然要擁有一些好的生產(chǎn)設(shè)備和一些好的實驗設(shè)備，我們公司的設(shè)備基本上都是國外進(jìn)口的，我們擁有環(huán)境檢測實驗室，有EMC檢測、防塵/耐腐蝕試驗等一系列的檢測設(shè)備。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
同時，我們也積極參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，我們參與了工信部組織的“儲能用鈦酸鋰鋰離子電池性能要求”的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；參與了中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會“通信用鈦酸鋰電池組”的編制工作；還參與了特種科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院“特種鈦酸鋰電池組”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草及編制，這是特種。
我們的研發(fā)成果和知識產(chǎn)權(quán)也非常多。首先，深圳博磊達(dá)公司2018年以我們公司的名義在國外知名刊物上發(fā)表了科技論文兩篇；專利方面，我們公司發(fā)表并授權(quán)了多項專利，主要是圍繞鈦酸鋰電池、鋁離子電池、基站用低成本鈦酸鋰電池等方向，形成核心的競爭力。
鈦酸鋰電池在目前主流的新能源行業(yè)中屬于小清新（小清新就是，有得用但是價格高，被廣泛接受的程度偏?。?，我們公司基于多年對市場的調(diào)研和考察，從以下幾個方面和大家做一下探討：看看我們的鈦酸鋰電池能否為儲能事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。
第一個，安全。這幾天開會，大家一直在強(qiáng)調(diào)儲能電站或者調(diào)頻電站系統(tǒng)的安全性，鈦酸鋰電池毋庸置疑是大家公認(rèn)的在所有的電池類型中安全級別是最高的。整個儲能站的電池安全性分為兩個級別，一個是單體電芯，另一個是系統(tǒng)集成，系統(tǒng)級別通過各種防護(hù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計或者電氣設(shè)計或者通過國家標(biāo)準(zhǔn)或者是國外標(biāo)準(zhǔn)，大家都可以做得到；單體電芯方面，與磷酸鐵鋰、三元電池相比，鈦酸鋰電池安全系數(shù)最高，我們公司就是生產(chǎn)安全系數(shù)高的鈦酸鋰電池。
第二個，熱管理。熱管理方面，各種各樣的熱管理設(shè)計都是通過仿真，通過結(jié)構(gòu)布局空調(diào)或者通風(fēng)系統(tǒng)、間隔來做系統(tǒng)級別的，所有的電池都可以這么設(shè)計。但是我們鈦酸鋰與其他的單體電池相比有一個明顯的優(yōu)點，我們電池單體電芯產(chǎn)熱量比較小。
第三個，經(jīng)濟(jì)性。以前我們沒有把動力電池和儲能電池嚴(yán)格區(qū)分開來，現(xiàn)在我們按應(yīng)用需求提供不同功能的產(chǎn)品，從而更好的推廣鈦酸鋰電池的應(yīng)用。鈦酸鋰電池應(yīng)用的瓶頸主要是價格方面，比如動力電池鈦酸鋰的要求高，價格昂貴，現(xiàn)在大概是4500元/度，可以使用4萬次，度電成本是0.11元/千瓦時，但是初期成本太高，除了在一些不得不用它的場合，比如軌道交通場合，人家只敢用鈦酸鋰電池，不敢使用磷酸鐵鋰，其他場合，大家想用也沒法盈利。如果在儲能領(lǐng)域使用動力型的鈦酸鋰電池，沒有企業(yè)會接受，所以我們公司針對這個市場推出了我們動力儲能型的鈦酸鋰電池?，F(xiàn)在我們的儲能用鈦酸鋰電池可以達(dá)到2千元/度電，可以使用1萬次，是在1C充放的情況下，度電成本是0.2元/瓦時，和動力電池比起來，它的初期投資成本會偏低一些。
第四個，全生命周期使用。鈦酸鋰的儲能電站或者調(diào)頻電站使用過后，鈦酸鋰電池可以作為梯次電池使用，我們的回購價格是400元/度，可充分利用鈦酸鋰的剩余價值，縮短我們的儲能以及調(diào)頻電站的回收周期。
國外有東芝電池，國內(nèi)也有一家著名的鈦酸鋰電池，為什么我們家的鈦酸鋰電池可以價格做到比較便宜一些？因為我們在研發(fā)和工藝生產(chǎn)創(chuàng)新方面做了大量的工作。
第一個，從材料的選擇來說，我們在材料的研發(fā)和生產(chǎn)過程中投入了大量的精力，現(xiàn)在我們制作的鈦酸鋰電池，性能好，而且成本價格控制的比較低，與現(xiàn)在的鈦酸鋰市場價13—16萬，我們有明顯的成本優(yōu)勢。
第二個，我們的功率設(shè)計是采用全極耳的設(shè)計，這個圓形的都是鋁，涂布用的濾波全都是極耳，這樣整個電池的散熱、導(dǎo)流能力非常高。
第三個，我們使用脈沖激光焊接方式，做全極耳的結(jié)構(gòu)，大家看到上面的焊接點非常多?，F(xiàn)在的動力電池待解決的難點就是我們極耳的過電流能力不好而造成安全隱患。因為極耳過電流能力不好從而導(dǎo)致溫升非常大，進(jìn)一步造成了初步的電池安全隱患風(fēng)險，但是我們采用的這種結(jié)構(gòu)，可以過大電流的同時保證安全，散熱性能也非常好。
第四個，我們鈦酸鋰在組裝中采用的是過盈配合加上超聲波焊接的穿透焊方式，這種方式在現(xiàn)有的鋰電池行業(yè)當(dāng)中沒有任何人采用，但是在傳統(tǒng)的超級電容器行業(yè)已經(jīng)得到廣泛使用，相當(dāng)于我們是把超級電容的工藝用到鈦酸鋰行業(yè)中，我們用這種巧妙方式把我們的罐體進(jìn)行了組裝，假設(shè)我現(xiàn)在這個設(shè)備的主體是30萬，我15秒可以組裝一個電池，這與現(xiàn)有的鋰電池組裝和封裝成本來說，我們從設(shè)備投資、產(chǎn)能、速度來說優(yōu)勢是非常大的。
第五個，我們公司在工藝上采用了高真空+電芯貼合獨立加工烘烤的模式。這里可以看到，我們電池是采用托盤的形式進(jìn)入，我們每道托盤上都有一個加熱片，我們改造了個傳統(tǒng)的真空烘烤工藝，我們的真空度可以非常高，我們的電芯加熱可以非常均勻，這樣才能保持電器不脹氣以及壽命的長久性。
我們從以下幾個點來控制成本，并且以下幾個點也可以展現(xiàn)出鈦酸鋰的各種性能的優(yōu)勢。
大家都在說鈦酸鋰為什么安全。材料本身來講非常安全。我們負(fù)極采用的是鈦酸鋰，鈦酸鋰的脫嵌電位高約1.55V，不易生產(chǎn)SEI膜，沒有金屬鋰析出導(dǎo)致的安全風(fēng)險。鈦酸鋰屬于尖晶石結(jié)構(gòu)，充放電過程中晶體結(jié)構(gòu)的體積變化非常小。一般來說，因為我們有SEI膜，所以在我電池風(fēng)險控制鏈條反應(yīng)中，SEI膜和負(fù)極反應(yīng)不存在，引發(fā)的安全風(fēng)險性就非常小。這個圖就是通過加速測試來測得的，我們發(fā)生各種電池的熱失控觸發(fā)溫度、熱失控的最高溫度，可以看到鈦酸鋰的溫度是非常低的，它也是非常安全的。
我們超高的電池安全性，剛才從理論上解釋了，我們從實驗上看一下。我們和軍科院做的特種測試，我們電池在滿電的狀態(tài)下，用沖鋒槍進(jìn)行掃擊，圖上可以看到電池上有很多的彈孔，最左邊的電池有四個彈孔，四個子彈同時穿過去，我們的電池不冒煙、不起火、不爆炸，這就是它的安全性。
另外一個安全性，我們是做了極度的燃燒實驗，沒有對比就沒有傷害，我們做了燃燒試驗，拿了一個T公司的電池（國外企業(yè)生產(chǎn)的鈦酸鋰電池），我們做了一下燃燒實驗的對比，把電池放在火筒里面，直接處在火焰的中心，燃燒到1分30秒的時候，T公司的電池外殼鼓脹明顯，博磊達(dá)的電池沒有變化，燃燒到3分鐘8秒的時候，T公司鈦酸鋰電池泄壓停止，博磊達(dá)的電池沒有明顯變化。鈦酸鋰的燃燒實驗非常安全，本身來說只有一個泄壓的過程、沒有爆炸的過程。第二個，我們家的電池與T公司的相比來說安全性能更高，從電池配方來說可以做得到的。
我們的電池還做了一系列模組和單體的試驗，已獲得國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的強(qiáng)檢報告及多項認(rèn)證，經(jīng)過試驗證明我們的產(chǎn)品是不冒煙、不起火、不爆炸的，非常安全。
我剛才一直在提我們做的兩個方向的鈦酸鋰電池，一個是動力的，一個是儲能的，大家問，儲能的價格這么低，你的性能是否可以？我現(xiàn)在就匯報一下我們電池的性能。
首先大家最關(guān)心的就是我們的低溫充電問題，因為大家知道，我們所有的磷酸鐵鋰電池、三元電池，首先0℃以下是不允許被充電的，因為這樣安全風(fēng)險級別非常高，但是我們生產(chǎn)的鈦酸鋰電池，無論動力型的、還是儲能型的低溫下是可以充電的。在負(fù)40℃的時候，我們的動力型電池在1C的充電容量大于60%以上，而且平臺電壓跟平時用的平臺電壓一樣，沒有降低。我們在儲能型的電池中，恒溫恒壓充了之后，負(fù)30℃和負(fù)35℃整體的充電能量比是大于85%以上的，所以我們認(rèn)為低溫性能并沒有因為我們配方的改變或者因為成本的降低而降低。
低溫性能的放電問題，動力類鈦酸鋰的電池在1C的條件下我們放電的容量是大于65%以上的，與平常我們所測的0.3C不一樣，因為0.3C它的低溫放電容量會更高，我們儲能型的鈦酸鋰電池，我在低溫的時候負(fù)20℃的時候仍然可以放出93%使用，我覺得已經(jīng)可以綽綽有余的應(yīng)用于我們的各種環(huán)境工況了。
倍率充電，我們的動力型電池可以在10C充電的時候，充電的容量比可以達(dá)到88%，但是我的儲能型的鈦酸鋰電池在這里面就做不到了，但可以做到3C充電容量大于94%以上，因為考慮到儲能型電池不需要這么大的充電能力，3C基本上已經(jīng)夠用了。我們動力型和儲能型的鈦酸鋰電池，都具備倍率充放電功能，只是儲能型倍率充放電功能略遜色于動力型，但不影響在儲能工況的使用。
超長的循環(huán)壽命，首先，我們動力型的電池在5C充放的條件下，循環(huán)了2萬次之后容量可以達(dá)到85%；在1C充放的條件下，循環(huán)4萬次后容量可以達(dá)到額定容量的85%。儲能型鈦酸鋰電池在1C充、1C放的充放電情況下，循環(huán)1萬次之后，我們?nèi)匀槐Ｓ蓄~定容量的85%，如果要降到80%的話，循環(huán)次數(shù)會更高一些。
我們儲能型的電池在1C充/1C放情況下的循環(huán)壽命是1萬次，如果在0.5C充/0.5C放的情況下，我們的壽命會高于1萬次，比國內(nèi)長循環(huán)壽命儲能型的磷酸鐵鋰電池壽命更高一些，但是因為測試的條件太長了，我們這邊就用1C來驗證了。
下面我分享一下鈦酸鋰電池的應(yīng)用。
基于我們鈦酸鋰剛剛提到的性能，超長的循環(huán)壽命，超寬的高低溫性能，超大倍率充放電，鈦酸鋰電池在儲能方面的應(yīng)用優(yōu)勢還是比較明顯的。比較明顯的就是，它工作溫度范圍寬的時候，我即使在高溫高寒地區(qū)也能夠正常使用，甚至可以考慮不搭配空調(diào)，這就極大的便利了這類地區(qū)的通信以及用電的正常；另外，我的循環(huán)壽命比較長，不用再頻繁的更換產(chǎn)品，可以節(jié)省各種人工投入；在光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)中達(dá)到比較完美的匹配，安全性能高，不起火、不爆炸，可以有效保障產(chǎn)品的質(zhì)量和性能；支持大倍率的充放電，可以支持快速的充電，節(jié)省時間，為資源的有效利用提供保證。
通信基站的備用電源，我們公司有48V的各種充放電電源，已經(jīng)批量的出貨了。
我們鈦酸鋰電池目前在四川、西藏、新疆、云南等幾個省份的光伏基站上均有應(yīng)用，四川、云南的比較早，運行了兩年有余，我們的人基本沒有去維護(hù)過，非常穩(wěn)定、安全。
軌道交通上的應(yīng)用。我們做了一些奧地利機(jī)車的，做了一些西門子項目、還有磁懸浮的，這個是用在軌道交通上備用儲電的一些項目。
比如的項目，我們使用標(biāo)準(zhǔn)化鈦酸鋰電池模組，組成整個的系統(tǒng)，相當(dāng)于一個鐵路的HEV的系統(tǒng)。我們通過溫度場分布可以看到整個系統(tǒng)的溫度控制比較好。
這是牽引類電力機(jī)車，在隧道工程上用的車，因為是在隧道里面使用的，工況非常惡劣。我們鈦酸鋰電池一般都是應(yīng)用于工況特別惡劣，其他類型的電池解決不了的場合。從圖上我們可以看到，我們電池充放2千次，沒有出現(xiàn)異常的停機(jī)或者報警現(xiàn)象，我們每個單體Pack是6個溫度點，最高的溫度保持在40℃，但是環(huán)境的溫度是在35℃左右，所以我們整體運行的時候溫升也是非常低的。
在純電動大巴上的應(yīng)用。這個電池是580V、100安時的，所以稱5810客車的項目，我們在400A充、300A放溫度變化曲線可以看到，第一個，我們電池的均勻一致性非常好，這個時候?qū)τ谡麄€電池系統(tǒng)來說已經(jīng)是4C在充、3C在放的條件下，電池在大倍率情況下一致性還是非常好。再者可以看到，我們電池的充放電曲線，40—45度是充電圖，充電的溫升只有5℃左右，放電的溫升情況：室內(nèi)是37.5℃我們只升到40℃，溫升2.5℃我覺得這應(yīng)該是非常不錯的結(jié)果。
電力儲能應(yīng)用。這個是我們跟某個調(diào)頻公司合作的項目，做的是3兆瓦/0.8兆瓦的調(diào)頻集裝箱設(shè)計。
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