格力电器的钛酸锂电池。说句实在话,这是一种特别小众的技术路线,小众到目前主流的电池厂基本没有采用这样一种技术。如果换到消费市场,那毫无疑问这种技术很快将会被彻底淘汰。但当把主战场移到商用领域,结合钛酸锂极具特色的优势,我个人认为“格力钛”还是大有可为的,特别是在储能的领域。

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格力钛的钛酸锂电池与我们常见的三元锂离子电池和磷酸铁锂电池相比,呈现出以下几项鲜明的技术特点:

第一,钛酸锂更安全。与其它锂离子电池相比,钛酸锂电池几乎不形成稳定性差的SEI膜,避免了电池因过热而起火的危险。钛酸锂材料对金属锂的电位为1.55V,对锂金属的电位更高,即使在充电后期、低温或高倍率充电的情况下,负极的电位也不会达到锂离子还原成金属锂的电位,避免了电池在过充时生成锂枝晶,安全性更好。而锂枝晶是刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接,造成电池的热失控引发燃烧爆炸的罪魁祸首。对于这一点,格力钛(银隆新能源)在实验室里曾经将钛酸锂电池先后进行了电钻、切割、针刺、和高温烘焙等花式虐待,但钛酸锂电池均未发生冒烟起火爆炸等现象。

第二特点是长寿命。银隆钛酸锂电池可循环充放电高达3万次,按照每年循环充放电1000次计算,使用寿命长达30年,远高于其他两种技术路径。相比较,三元锂电池完全充放电寿命仅为1500-2000次,磷酸铁锂为2000次左右,钛酸锂电池与这两者可以说完全不在一个数量级上。这主要是由于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。传统的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。而我们所说的大型储能项目设计运营周期一般为数十年甚至百年计,如果储能电池寿命只有短短几年,更换过于频繁,不仅增加运营成本,而且容易增加性能不稳定的风险,钛酸锂的长寿命特性正好解决问题。

第三个特点则是耐宽温。钛酸锂结构稳定,其尖晶石结构具有三维的锂离子扩散通道,且表面不形成固液界面钝化膜,在低温下各项性能仍能保持常温时的状态,充电不会导致短路或出现使负极恶化的锂枝晶。根据有关数据,格力钛的钛酸锂电池具备在-50℃~60℃的超宽温范围完全充放电的能力。而相比较,磷酸铁锂和三元电池的工作宽温更低,而且在低温下电池容量急剧下降。比如:磷酸铁锂电池在-20℃时,容量只能达到常温的1/3,锂离子扩散系数较常温下下降两个数量级,当温度下降到-40℃时,磷酸铁锂只能保持常温容量的20%,基本丧失了使用价值。

第四个特点是可稳定大功率快速充电。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,且不会形成阻碍锂离子扩散的SEI膜,充放电更加稳定。

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按我们以上所说,格力钛的钛酸锂电池可谓优点突出,那又是什么原因让这种技术难以普及呢?

对于钛酸锂电池来说,它的缺点其实与优点一样突出。钛酸锂电池最大的两个缺点分别就是能量密度低和成本比较高。对于能量密度低,我认为这是钛酸锂这条技术路线的先天缺陷,这一点是很难突破的。这也是我认为格力钛在新能源车方面难有大的作为的最主要原因之一。但对于储能项目而言,在安全、稳定等因素面前,能量密度这个因素简直就可以忽略不计。

至于说到钛酸锂成本比较高的问题,一方面需要靠大规模地量产和技术改进去降低成本。而另一方面,我们换一个算法,其实钛酸锂电池也并不贵。

在这里,我们可以举一个调频储能电站的例子。我们先引入一个概念,那就是里程成本。里程成本指在功率型调频储能电站的生命周期内,平均到单位调频里程的电站投资成本。而最大功率决定了调频里程的上限,是评价储能电站参与电网一次或二次调频经济性的重要指标。AGC调频的补偿收益如果不考虑竞价方面的因素,主要取决于储能系统的最大功率。钛酸锂电池的充放电倍率远超其它锂电池,一般锂电池的倍率只有2C,银隆钛酸锂电池倍率则可以达到4C,甚至更高,是一般锂电池的两倍以上,再加上其与其它锂离子电池相比高出三倍以上的寿命,在相同装机体量的前提下,其调频里程可达到其它锂离子电池的六倍以上。

换言之,理论上来讲,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,其在性价比上都是具有优势的。而格力钛的目标是将初始投资成本压缩在其它锂离子的2倍以下,此时,其里程成本仅为其他离子电池的1/3,竞争优势凸显。以典型的2C调频项目为例,其回收期不到四年,相比一般锂离子电池可以缩短1.45年,且初期电池配置少,整体投入降低20%,中途无需更换电池。

因此,格力钛的钛酸锂电池在储能领域拥有最低的里程成本,且具有最高的安全特性,可以说是储能调频领域更适合的技术路径。钛酸锂之于储能电池,就像是转子发动机之于往复式发动机一样,虽然成不了的市场主流,但在赛车领域却成为了无冕之王,未来可期。

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最后,我们也可以说一下已经成功运用格力钛酸锂电池的标杆项目。比如:我国最大的风光储输示范工程——张北风光储输示范工程的综合“四位一体”应用、中科院大同分所智慧储能系统平台、粤港澳大湾区城市群核心珠海横琴新区热电厂能源项目、美国电力公司AES的电网调频应用、世界第一大风力发电运营商维斯塔斯Vestas的风能储输应用、内蒙古乌拉特发电厂等等项目。

简而言之吧,格力钛的储能项目已经开始大规模落地了,并不是一堆只停留在PPT上的技术优势,我对这一项业务的发展是充满期待,也乐见其成的。


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