钛酸锂电池在储能上有哪些应用

4月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“储能电池与技术应用（上）”专场，深圳博磊达新能源科技有限公司总经理王燕在会上分享了主题报告《钛酸锂电池在储能上的应用》，以下为演讲实录：

王燕：各位同仁，大家早上好！今天我代表我们深圳博磊达公司在这里和大家分享一下钛酸锂电池在储能上的应用。

我介绍的内容分三个部分内容：第一部分，公司介绍；第二，钛酸锂电池介绍；第三，钛酸锂电池应用分享。

深圳博磊达公司是一家高新技术科技企业，我们的核心研发团队包括美国斯坦福大学的博士后、中科院的博士后以及其他知名院校的博士等组成，我们公司也非常注重跟产学研方面的合作，首先与美国德斯坦副大学戴宏杰院士展开官方的合作，合作研发新型的电池体系以及电池材料；我们与南开大学、湖南大学、西北大学、暨南大学展开研发合作，成立了联合工程实验室；我们与特种科学院系统工程研究院开展技术展开合作，成为其技术协同创新合作单位。

一个好的企业必然要拥有一些好的生产设备和一些好的实验设备，我们公司的设备基本上都是国外进口的，我们拥有环境检测实验室，有EMC检测、防尘/耐腐蚀试验等一系列的检测设备。

同时，我们也积极参与行业标准的制定，我们参与了工信部组织的“储能用钛酸锂锂离子电池性能要求”的行业标准；参与了中国通信标准化协会“通信用钛酸锂电池组”的编制工作；还参与了特种科学院系统工程研究院“特种钛酸锂电池组”行业标准的起草及编制，这是特种。

我们的研发成果和知识产权也非常多。首先，深圳博磊达公司2018年以我们公司的名义在国外知名刊物上发表了科技论文两篇；专利方面，我们公司发表并授权了多项专利，主要是围绕钛酸锂电池、铝离子电池、基站用低成本钛酸锂电池等方向，形成核心的竞争力。

钛酸锂电池在目前主流的新能源行业中属于小清新（小清新就是，有得用但是价格高，被广泛接受的程度偏小），我们公司基于多年对市场的调研和考察，从以下几个方面和大家做一下探讨：看看我们的钛酸锂电池能否为储能事业贡献一份力量。

第一个，安全。这几天开会，大家一直在强调储能电站或者调频电站系统的安全性，钛酸锂电池毋庸置疑是大家公认的在所有的电池类型中安全级别是最高的。整个储能站的电池安全性分为两个级别，一个是单体电芯，另一个是系统集成，系统级别通过各种防护、结构设计或者电气设计或者通过国家标准或者是国外标准，大家都可以做得到；单体电芯方面，与磷酸铁锂、三元电池相比，钛酸锂电池安全系数最高，我们公司就是生产安全系数高的钛酸锂电池。

第二个，热管理。热管理方面，各种各样的热管理设计都是通过仿真，通过结构布局空调或者通风系统、间隔来做系统级别的，所有的电池都可以这么设计。但是我们钛酸锂与其他的单体电池相比有一个明显的优点，我们电池单体电芯产热量比较小。

第三个，经济性。以前我们没有把动力电池和储能电池严格区分开来，现在我们按应用需求提供不同功能的产品，从而更好的推广钛酸锂电池的应用。钛酸锂电池应用的瓶颈主要是价格方面，比如动力电池钛酸锂的要求高，价格昂贵，现在大概是4500元/度，可以使用4万次，度电成本是0.11元/千瓦时，但是初期成本太高，除了在一些不得不用它的场合，比如轨道交通场合，人家只敢用钛酸锂电池，不敢使用磷酸铁锂，其他场合，大家想用也没法盈利。如果在储能领域使用动力型的钛酸锂电池，没有企业会接受，所以我们公司针对这个市场推出了我们动力储能型的钛酸锂电池。现在我们的储能用钛酸锂电池可以达到2千元/度电，可以使用1万次，是在1C充放的情况下，度电成本是0.2元/瓦时，和动力电池比起来，它的初期投资成本会偏低一些。

第四个，全生命周期使用。钛酸锂的储能电站或者调频电站使用过后，钛酸锂电池可以作为梯次电池使用，我们的回购价格是400元/度，可充分利用钛酸锂的剩余价值，缩短我们的储能以及调频电站的回收周期。

国外有东芝电池，国内也有一家著名的钛酸锂电池，为什么我们家的钛酸锂电池可以价格做到比较便宜一些？因为我们在研发和工艺生产创新方面做了大量的工作。

第一个，从材料的选择来说，我们在材料的研发和生产过程中投入了大量的精力，现在我们制作的钛酸锂电池，性能好，而且成本价格控制的比较低，与现在的钛酸锂市场价13—16万，我们有明显的成本优势。

第二个，我们的功率设计是采用全极耳的设计，这个圆形的都是铝，涂布用的滤波全都是极耳，这样整个电池的散热、导流能力非常高。

第三个，我们使用脉冲激光焊接方式，做全极耳的结构，大家看到上面的焊接点非常多。现在的动力电池待解决的难点就是我们极耳的过电流能力不好而造成安全隐患。因为极耳过电流能力不好从而导致温升非常大，进一步造成了初步的电池安全隐患风险，但是我们采用的这种结构，可以过大电流的同时保证安全，散热性能也非常好。

第四个，我们钛酸锂在组装中采用的是过盈配合加上超声波焊接的穿透焊方式，这种方式在现有的锂电池行业当中没有任何人采用，但是在传统的超级电容器行业已经得到广泛使用，相当于我们是把超级电容的工艺用到钛酸锂行业中，我们用这种巧妙方式把我们的罐体进行了组装，假设我现在这个设备的主体是30万，我15秒可以组装一个电池，这与现有的锂电池组装和封装成本来说，我们从设备投资、产能、速度来说优势是非常大的。

第五个，我们公司在工艺上采用了高真空+电芯贴合独立加工烘烤的模式。这里可以看到，我们电池是采用托盘的形式进入，我们每道托盘上都有一个加热片，我们改造了个传统的真空烘烤工艺，我们的真空度可以非常高，我们的电芯加热可以非常均匀，这样才能保持电器不胀气以及寿命的长久性。

我们从以下几个点来控制成本，并且以下几个点也可以展现出钛酸锂的各种性能的优势。

大家都在说钛酸锂为什么安全。材料本身来讲非常安全。我们负极采用的是钛酸锂，钛酸锂的脱嵌电位高约1.55V，不易生产SEI膜，没有金属锂析出导致的安全风险。钛酸锂属于尖晶石结构，充放电过程中晶体结构的体积变化非常小。一般来说，因为我们有SEI膜，所以在我电池风险控制链条反应中，SEI膜和负极反应不存在，引发的安全风险性就非常小。这个图就是通过加速测试来测得的，我们发生各种电池的热失控触发温度、热失控的最高温度，可以看到钛酸锂的温度是非常低的，它也是非常安全的。

我们超高的电池安全性，刚才从理论上解释了，我们从实验上看一下。我们和军科院做的特种测试，我们电池在满电的状态下，用冲锋枪进行扫击，图上可以看到电池上有很多的弹孔，最左边的电池有四个弹孔，四个子弹同时穿过去，我们的电池不冒烟、不起火、不爆炸，这就是它的安全性。

另外一个安全性，我们是做了极度的燃烧实验，没有对比就没有伤害，我们做了燃烧试验，拿了一个T公司的电池（国外企业生产的钛酸锂电池），我们做了一下燃烧实验的对比，把电池放在火筒里面，直接处在火焰的中心，燃烧到1分30秒的时候，T公司的电池外壳鼓胀明显，博磊达的电池没有变化，燃烧到3分钟8秒的时候，T公司钛酸锂电池泄压停止，博磊达的电池没有明显变化。钛酸锂的燃烧实验非常安全，本身来说只有一个泄压的过程、没有爆炸的过程。第二个，我们家的电池与T公司的相比来说安全性能更高，从电池配方来说可以做得到的。

我们的电池还做了一系列模组和单体的试验，已获得国家客车质量监督检验中心的强检报告及多项认证，经过试验证明我们的产品是不冒烟、不起火、不爆炸的，非常安全。

我刚才一直在提我们做的两个方向的钛酸锂电池，一个是动力的，一个是储能的，大家问，储能的价格这么低，你的性能是否可以？我现在就汇报一下我们电池的性能。

首先大家最关心的就是我们的低温充电问题，因为大家知道，我们所有的磷酸铁锂电池、三元电池，首先0℃以下是不允许被充电的，因为这样安全风险级别非常高，但是我们生产的钛酸锂电池，无论动力型的、还是储能型的低温下是可以充电的。在负40℃的时候，我们的动力型电池在1C的充电容量大于60%以上，而且平台电压跟平时用的平台电压一样，没有降低。我们在储能型的电池中，恒温恒压充了之后，负30℃和负35℃整体的充电能量比是大于85%以上的，所以我们认为低温性能并没有因为我们配方的改变或者因为成本的降低而降低。

低温性能的放电问题，动力类钛酸锂的电池在1C的条件下我们放电的容量是大于65%以上的，与平常我们所测的0.3C不一样，因为0.3C它的低温放电容量会更高，我们储能型的钛酸锂电池，我在低温的时候负20℃的时候仍然可以放出93%使用，我觉得已经可以绰绰有余的应用于我们的各种环境工况了。

倍率充电，我们的动力型电池可以在10C充电的时候，充电的容量比可以达到88%，但是我的储能型的钛酸锂电池在这里面就做不到了，但可以做到3C充电容量大于94%以上，因为考虑到储能型电池不需要这么大的充电能力，3C基本上已经够用了。我们动力型和储能型的钛酸锂电池，都具备倍率充放电功能，只是储能型倍率充放电功能略逊色于动力型，但不影响在储能工况的使用。

超长的循环寿命，首先，我们动力型的电池在5C充放的条件下，循环了2万次之后容量可以达到85%；在1C充放的条件下，循环4万次后容量可以达到额定容量的85%。储能型钛酸锂电池在1C充、1C放的充放电情况下，循环1万次之后，我们仍然保有额定容量的85%，如果要降到80%的话，循环次数会更高一些。

我们储能型的电池在1C充/1C放情况下的循环寿命是1万次，如果在0.5C充/0.5C放的情况下，我们的寿命会高于1万次，比国内长循环寿命储能型的磷酸铁锂电池寿命更高一些，但是因为测试的条件太长了，我们这边就用1C来验证了。

下面我分享一下钛酸锂电池的应用。

基于我们钛酸锂刚刚提到的性能，超长的循环寿命，超宽的高低温性能，超大倍率充放电，钛酸锂电池在储能方面的应用优势还是比较明显的。比较明显的就是，它工作温度范围宽的时候，我即使在高温高寒地区也能够正常使用，甚至可以考虑不搭配空调，这就极大的便利了这类地区的通信以及用电的正常；另外，我的循环寿命比较长，不用再频繁的更换产品，可以节省各种人工投入；在光伏太阳能发电系统中达到比较完美的匹配，安全性能高，不起火、不爆炸，可以有效保障产品的质量和性能；支持大倍率的充放电，可以支持快速的充电，节省时间，为资源的有效利用提供保证。

通信基站的备用电源，我们公司有48V的各种充放电电源，已经批量的出货了。

我们钛酸锂电池目前在四川、西藏、新疆、云南等几个省份的光伏基站上均有应用，四川、云南的比较早，运行了两年有余，我们的人基本没有去维护过，非常稳定、安全。

轨道交通上的应用。我们做了一些奥地利机车的，做了一些西门子项目、还有磁悬浮的，这个是用在轨道交通上备用储电的一些项目。

比如的项目，我们使用标准化钛酸锂电池模组，组成整个的系统，相当于一个铁路的HEV的系统。我们通过温度场分布可以看到整个系统的温度控制比较好。

这是牵引类电力机车，在隧道工程上用的车，因为是在隧道里面使用的，工况非常恶劣。我们钛酸锂电池一般都是应用于工况特别恶劣，其他类型的电池解决不了的场合。从图上我们可以看到，我们电池充放2千次，没有出现异常的停机或者报警现象，我们每个单体Pack是6个温度点，最高的温度保持在40℃，但是环境的温度是在35℃左右，所以我们整体运行的时候温升也是非常低的。

在纯电动大巴上的应用。这个电池是580V、100安时的，所以称5810客车的项目，我们在400A充、300A放温度变化曲线可以看到，第一个，我们电池的均匀一致性非常好，这个时候对于整个电池系统来说已经是4C在充、3C在放的条件下，电池在大倍率情况下一致性还是非常好。再者可以看到，我们电池的充放电曲线，40—45度是充电图，充电的温升只有5℃左右，放电的温升情况：室内是37.5℃我们只升到40℃，温升2.5℃我觉得这应该是非常不错的结果。

电力储能应用。这个是我们跟某个调频公司合作的项目，做的是3兆瓦/0.8兆瓦的调频集装箱设计。