钛酸锂电池应用为何钛酸锂是最具应用前景的储能技术？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

为何钛酸锂是最具应用前景的储能技术？

来源:中国金融信息网

水能、光能、风能、生物质能……近年来，我国清洁能源产业快速崛起。截至2018年底，我国可再生能源发电装机达到7.28亿千瓦，同比增长12%，占全部电力装机的38.3%。其中，风电、光伏累计装机分别达到1.84亿千瓦和1.74亿千瓦。可再生能源的清洁能源替代作用日益突显，这为储能产业打开了更广阔的发展空间。当下，业界普遍认为，多能互补时代已经到来，储能即将站上风口。

我国《能源发展“十三五”规划》提出，加快优质调峰电源建设，积极发展储能，开展储能示范工程建设，构建能源生产、输送、使用和储能体系协调发展、集成互补的能源互联网，推动储能系统与新能源、电力系统协调优化运行。

加快储能技术与产业发展，对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义。

储能商业化仍面临挑战

发展储能，意义重大，而储能作为智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术，其市场价值同样可观，“万亿”规模已经成为基本共识，但现阶段商业化的挑战依然不容忽视。

近年来，我国储能产业中，压缩空气储能、飞轮储能，超导储能和超级电容，铅蓄电池、钠硫电池、液流电池等储能技术研发应用加速，尤其是锂离子电池作为储能的主要技术路径之一，发展迅速。锂离子电池的负极材料主要集中在碳材料、合金材料和钛酸锂等几类。碳材料虽然具有来源广泛、合成工艺简单、无毒无害等优点，但是碳电极与金属锂的电位接近，当电池过充电时容易在碳电极表面析出金属锂形成锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔膜引起短路，带来极大安全隐患风险。如果用合金类材料作为负极替代材料，碳材料部分安全性问题,比能量也有所提高,但是在充放电的过程中,体积容易发生较大变化,同样容易穿透隔膜,造成短路。

除了安全，在储能的商业化过程中，成本过高问题是阻碍储能产业化发展的一大瓶颈。事实上，除抽水蓄能外，铅酸、锂电、钠硫等各类电化学储能，成本都相对较高，在没有储能电价政策和补贴政策的前提下，很难实现盈利。目前中国已建成的储能示范工程验证了储能技术的可行性，但商业化运营模式未能形成。

业内专家认为，储能要推进产业化发展，必须研发长寿命、低成本、高安全的储能产品，提高用户端的使用性价比。

钛酸锂技术有望引领储能产业

安全，从来都是钛酸锂的优点。碳材料、合金材料作为负极的劣势恰恰是钛酸锂的优势。相关研究显示，钛酸锂材料负极能吸收正极发生分解反应释放出的氧气，晶型结构几乎不会发生变化，大幅度降低了电池热失控的风险，使得电池能够在高温、低温环境中均可以达到安全使用标准，破解安全难题。

电池寿命是决定成本的重要因素。钛酸锂电池有望以长寿命来摊薄全生命周期成本，率先实现储能的商业化。据专家介绍，与传统锂离子电池普遍采用的石墨材料相比，钛酸锂材料在充放电嵌脱锂过程中，骨架结构几乎不发生收缩或膨胀，被称为“零应变”材料，避免了一般电极材料脱、嵌锂离子时晶胞体积应变而造成的电极结构损坏的问题，因此寿命得到巨大突破。据实验数据测定，钛酸锂电池的循环寿命可达25000次以上，是普通锂电池4-8倍，寿命可达30年。

提及钛酸锂，不得不提国内最大的全国最大的钛酸锂电池生产企业——银隆新能源。已在全国100多座城市运营的银隆新能源汽车我们非常熟悉，殊不知其实银隆是先行布局储能产业，再布局新能源客车的。银隆早已意识到储能是未来推动新能源产业发展的前瞻性技术并致力于储能技术研发。2017年，银隆与中国电力科学研究院等单位联合研究的“储能用低成本钛酸锂电池研制及系统集成技术开发与应用”项目，在保证钛酸锂电池高安全、长寿命本征特性的同时，使成本大幅下降，被评为北京市科学技术奖二等奖，该技术项目的相关研究成果除了在“国家风光储输示范工程”项目中得到应用外，对于在北京—张家口举办的2022年冬奥会以及北京电动汽车产业的发展，也将发挥重要作用。

除了在安全、寿命方面的优势外，充电速度也是大规模储能比拼的重要指标。数据显示，同等容量，传统锂电池需要充电2-4小时，而钛酸锂电池仅需要6分钟，这被认为具有极强的调峰价值。钛酸锂的高倍率性能能够提供3C配置系统，为用户提供一个最小规模的高倍率系统完成调频等辅助服务，瞬间提供大倍率的输入/输出。

钛酸锂高稳定性和长寿命周期，性能显著优于传统的锂离子电池，使得其在储能的应用场景具有独特的优势，非常适合用于大型储能，被业界称为“最具应用前景的储能电池之一”。

值得一提的是，近年来，银隆已经成功开发出多种储能产品，广泛应用于家庭、小区、工业、交通、电网等多个场景。目前，已建成我国首个兆瓦级的钛酸锂电池储能站，同时也是世界上首个10千伏无变压器直挂电网的电池储能系统的示范工程。

在国外，银隆奥钛1MW频率调节的集装箱储能系统被美国电力公司AES采用，该系统成功验证了银隆奥钛电池可稳定运用于电网调频及其它辅助服务。此外，美国夏威夷自然能源学院，世界第一大风力发电运营商维斯塔斯Vestas均已经成为银隆奥钛集装箱储能系统的用户。

在由中国化学与物理电源行业协会主办的第九届中国国际储能大会上，凭借高安全、长寿命的钛酸锂智能储能产品，银隆新能源被评为“2019年度中国储能产业最具影响力企业”,便是对银隆的推进能源生产和消费革命做出贡献的充分肯定！

科普｜铁塔基站采用钛酸锂电池的优势解析

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根据国家统计局数据显示，2018年，我国锂离子电池产量已累计达139.87亿只。按照国家规定，当动力电池容量衰减至80%以下，需要进行强制回收。预计到2020年，我国退役动力电池将累计约达20万吨，可以说首个动力电池“退役潮”已经到来，废弃动力电池的回收与利用，已经成为一个重要的社会议题。

中国铁塔公司是动力电池梯次利用的最主要用户之一，有着“基站之王”的称号。自2018年起，公司旗下200万个基站，已开始全部采用退役动力锂电池。预计到2020年，铁塔基站的需求可以消化1000万辆新能源汽车的退役动力电池，成为 “退役潮”中资源回收和环境保护的中坚力量。

钛酸锂电池的基本特性

钛酸锂（LTO）电池，通常是指以钛酸锂材料为负极，与锰酸锂、三元锂或磷酸铁锂等正极材料，组成的2.4V或1.9V的锂离子二次电池。目前，国内最大的钛酸锂电池生产企业是总部位于珠海的银隆新能源股份有限公司，其掌握了钛酸锂电池的核心技术，批量生产钛酸锂电池并广泛应用新能源汽车与储能方面。

钛酸锂材料（Li4Ti5O12）具有稳定的三维晶体结构，被称为“零应变材料”，充放电过程中结构几乎不发生变化，在锂电池负极材料中备受关注。同时具有电化学反应速度快，放电平台平坦且可达1.55V的先天性优势。可以预见，未来钛酸锂将会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车和储能应领域。

银隆通过纳米化工艺与结构控制技术相结合，研发、生产的钛酸锂电池，具有高安全、快充放、耐宽温、长寿命等突出性能。

梯次钛酸锂电池的对比优势

新能源汽车动力电池大多采用镍系列和锂系列，这些动力电池的梯次利用被誉为是目前的重点发展对象。其中锂电池因其不含任何重金属与稀有金属，对环境友好无污染，在储能应用中受到了广泛关注。对比铅酸电池和磷酸铁锂电池，以钛酸锂动力电池作为梯次利用对象，优势十分明显。

首先，铅酸电池稳定工作的温度范围为15～35℃，磷酸铁锂为-20～50℃；而钛酸锂电池具备-50～60℃的超宽温使用范围，在高温和低温环境下仍可保持电池的优良性能。其次，钛酸锂电池具有5～10C的充放电倍率，大于磷酸铁锂电池2C的充放电和5C以上的启动电流倍率，而铅酸电池无此功能。此外，相较于全生命周期仅有5年左右的铅酸电池，钛酸锂电池的梯次利用寿命，理论上还剩余10～20年，仍具有上万次的深度循环次数；而且占地小、重量轻、运输成本低，重量和体积为同容量铅酸电池的1/2～2/3。其优秀的性能，让同等级的铅酸电池、磷酸铁锂电池等望尘莫及。

银隆钛酸锂储能系统

银隆钛酸锂储能系统可为客户提供定制化的设计，为基站提供稳定、安全、可靠的通信电源，降低因供电不足或意外断电所造成通信中断、系统瘫痪的风险，非常适用于铁塔基站储能，特别是在离网模式下，优势尤为显著。

与并网模式下的铁塔基站相比，离网模式下的铁塔基站大多分布在气候、环境复杂，且较为偏远的地区，若储能电池安全性不高，循环寿命不足，则需定期维护及更换，增加维护、购置、运输、安装等成本。银隆钛酸锂电池具备全生命周期内基本无需维护，有效节省维护成本；应用年限内无需更换电池，大大节省购置、运输、安装成本的优势。而且当铁塔基站处于多云、连雨等光照时间较短的特殊气候条件下时，银隆钛酸锂电池6～10分钟即可补充90%以上的电量，从而保证铁塔基站正常工作；针对处于低温环境下的铁塔基站，银隆钛酸锂电池无需电加热功能即可稳定应用，避免了系统启动缓慢，甚至无法启动的情况发生，保障铁塔基站稳定工作，可谓铁塔基站储能的不二之选。

银隆钛酸锂电池管理系统

安全，从来都是钛酸锂的核心优势之一。而银隆钛酸锂储能系统更有第二层保险屏障——电池管理系统（BMS）。

银隆电池管理系统（BMS）主要用于对蓄电池充放电过程进行管理，一般由监测、保护电路、电气通讯接口等组成，以保证电池安全使用、充分发挥电池性能、延长使用寿命为目的，除具备欠过压保护、过流报警、短路防护等标准功能外，还具有以下优势：

双向均衡： 双向主动均衡，高能量单体直接转移到低能量单体，均衡速度快；

高精度：单体电池电压采集精度2mV，电流采集精度0.5%，SOC估算误差±5%；

快充放：通过主动均衡快速均衡，能使电池组快充放条件及复杂运行工况下也能保证容量不衰减；

高安全：硬件电路采用多重隔离，抗干扰能力强，有效保障系统安全。

铁塔基站的实际应用

目前，银隆钛酸锂储能系统已在四川凉山、绵阳、阿坝以及甘肃敦煌等地的铁塔基站投入使用，事实证明，在高海拔、无市电接入、多阴雨天气的偏远地区，仍可稳定高效运行。

投入使用的梯次银隆钛酸锂储能系统中，实现了光伏控制器与BMS之间的信息交互。同时配备远程智能监控平台，运用互联网+技术、GPS、无线通讯（GPRS、CDMA）和地理信息（GIS）技术，具备数据采集、解析、缓存等功能，对储能系统地理位置和运行状态实时监控，快速判断系统运行状况进行故障诊断，还可防止偷盗行为。

光伏DC/DC与储能BMS系统交互信息：针对一些无市电接入的基站，光伏与储能系统仅存在电气物理连接，没有通讯。银隆电池管理系统支持与光伏控制器进行信息交互，协同控制整个系统：当储能电池按照既定策略充满时，BMS请求光伏控制器停止充电，限制光伏输出功率；当储能电池按照既定策略未充满时，光伏控制器协同BMS实现功率有效调节，BMS与光伏控制器双层保护机制大大增加了整个系统的安全可靠性。

基站储能系统数据统一监管：基站储能电池数据由BMS监管，光伏电站数据由光伏控制器内监控单元管理，所以存在数据无法统一，管理混乱的问题。银隆远程智能监控平台，可对基站内电池信息（报警、保护）、光伏控制器电压电流等信息进行统一有效的远程监管。

大数据分析运行状况提前预警：针对一些偏远山区的储能系统，若无大数据分析，就地信息无法传输，基站无信息传出时才发现系统出现了异常，且无法监测具体的异常情况，这将大大增加了基站运营成本。银隆远程智能监控平台，可进行大数据分析对比，对电池的性能及运行状况做到提前预警，当发现电池一致性不好时，可远程查看系统哪一串哪一个电池的一致性下降，远程排查异常，去到现场直接更换特定的电池，大大增加了基站运营效率，降低运营成本。

《中国汽车动力电池回收拆解及梯次利用行业发展白皮书》分别对锂电池的经济价值进行了测算，对锂电池进行梯次利用，经济收益能达到每吨3～4万元。如果对“退役潮”中的动力锂电池进行有效地回收和梯次利用，可以产生的经济效益和环保效果是十分巨大的，铁塔基站项目和银隆钛酸锂储能电池都在贡献自己的力量。

梯次电池的应用，应遵循小模块、低电压、高冗余、小电流、非移动的原则使用，因此通信基站相比于其他场景更适合应用梯次电池。而且动力电池的梯次利用，是国家节能环保、发展新能源等战略中，新兴产业发展的重大创新，对于推动低碳经济、绿色经济、循环经济具有非常重要的现实意义。

文章来源：中国储能网

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