鈦酸鋰電池為何沒有成為主流，詳解_鈦酸鋰電池
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-03 11:08
點擊量：次
鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負極材料-鈦酸鋰，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。此外，它還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負極組成1.5V的鋰二次電池。
鈦酸鋰電池為何沒有成為主流_鈦酸鋰電池優(yōu)缺點詳解
鈦酸鋰（LTO）材料在電池中作為負極材料使用，由于其自身特性的原因，材料與電解液之間容易發(fā)生相互作用并在充放循環(huán)反應(yīng)過程中產(chǎn)生氣體析出，因此普通的鈦酸鋰電池容易發(fā)生脹氣，導致電芯鼓包，電性能也會大幅下降，極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環(huán)壽命。測試數(shù)據(jù)表明，普通的鈦酸鋰電池在經(jīng)過1 500-2 000次左右的循環(huán)就會發(fā)生脹氣的現(xiàn)象，導致無法正常使用，這也是制約鈦酸鋰電池大規(guī)模應(yīng)用的一個重要原因。
鈦酸鋰（LTO）電池性能改進是單個材料的性能的提升以及各關(guān)鍵材料的有機整合的綜合體現(xiàn)。針對快速充電與長使用壽命的要求，除負極材料以外，還要針對鋰離子電池的其他關(guān)鍵原材料（包括正極材料、隔膜、以及電解液），同時結(jié)合特殊的工程化工藝經(jīng)驗，最終形成了“不脹氣”的鈦酸鋰LpTO電池產(chǎn)品，并首先實現(xiàn)了在電動公交客車上的批量應(yīng)用。
測試數(shù)據(jù)表明，在6C充電，6C放電，100%DOD的條件下，鈦酸鋰LpTO單體電池的循環(huán)壽命超過25 000次，剩余容量超過80%，同時電芯產(chǎn)生的脹氣現(xiàn)象不明顯，不影響其壽命；而重慶快速充電純電動公交的實際應(yīng)用情況也表明，在電池成組以后，電性能的表現(xiàn)也相當優(yōu)異，可以保證純電動公交客車的日常商業(yè)化運營。
鈦酸鋰電池優(yōu)點
鈦酸鋰電池為何沒有成為主流_鈦酸鋰電池優(yōu)缺點詳解
1、安全穩(wěn)定性好
傳統(tǒng)的碳電極在嵌鋰之后一旦過充，電極的表面容易析出金屬鋰，其與電解液接觸發(fā)生反應(yīng)會產(chǎn)生可燃性氣體，帶來安全隱患。鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的電勢高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，放電電壓平穩(wěn)，而且，因此提高了鋰電池的安全性能。曾有第三方機構(gòu)對鈦酸鋰電池進行測試發(fā)現(xiàn)，在針刺、擠壓、短路等嚴苛測試下，不冒煙、不起火、不爆炸，安全性遠高于其他鋰電池。因此也有很多業(yè)內(nèi)人士認為鈦酸鋰十分適合用在對電池穩(wěn)定性要求極高的軍工等領(lǐng)域。
電動汽車的安全穩(wěn)定性能是消費者最為關(guān)注的指標，無論續(xù)航里程多遠，如果不能解決安全問題，消費者開的不過是一輛裝著不定時炸彈的車子，而鈦酸鋰電池的超安全性能無疑將會受到消費者的青睞。
2、快充性能優(yōu)異
與碳負極材料相比，鈦酸鋰具有較高的鋰離子擴散系數(shù)，可高倍率充放電。在大大縮短充電時間的同時，對循環(huán)壽命的影響較小，熱穩(wěn)定性也較強。據(jù)測試，最新技術(shù)研發(fā)的鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿，比傳統(tǒng)的電池有了質(zhì)的飛躍。
充電時間太長一直是電動汽車發(fā)展過程中難以跨越的障礙。一般采用慢充的純電動公交車，充電時間至少要4個小時以上，很多純電動乘用車的充電時間更是長達8個小時。電動車輛的快速充電是未來的趨勢，消費者不愿浪費太多時間在等待充電這個環(huán)節(jié)。
3、循環(huán)壽命長
電池循環(huán)壽命決定整個新能源車的性價比，是未來新能源車脫離補貼政策后的主要競爭點。汽車電池循環(huán)壽命的延長，讓消費者能夠買得起、養(yǎng)得起。
其他的傳統(tǒng)鋰離子電池，比如磷酸鐵鋰電池，在使用過程中會出現(xiàn)容量大幅衰減、壽命縮短的問題，不僅影響了用戶的正常使用，還增加了電池更換成本。這種不佳的使用體驗，很可能讓消費者對電動汽車望而卻步，從而不利于新能源汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鈦酸鋰電池則很好地解決了這些問題。
鈦酸鋰電池在充放電時，鋰離子嵌入和脫嵌不會造成鈦酸鋰晶型結(jié)構(gòu)的變化，因此對鈦酸鋰材料的結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。正因如此，鈦酸鋰也被稱為“零應(yīng)變材料”。鈦酸鋰電池與當前“慢充最多使用5年、快充最多使用2年”的磷酸鐵鋰電池相比，優(yōu)勢十分突出。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)測定，普通電池循環(huán)使用壽命平均為3000次，而鈦酸鋰電池完全充放電循環(huán)次數(shù)可達3萬次以上，在作為動力電池使用10年之后，可能還能作為儲能電池再用20年。這也意味著，鈦酸鋰電池可以做到與車輛同生命周期，用戶在實際使用中不用更換電池，幾乎不增加后期成本。
4、耐寬溫性能良好
鈦酸鋰電池的尖晶石結(jié)構(gòu)具有三維鋰離子擴散通道，因此鈦酸鋰電池在高低溫性能上的表現(xiàn)也十分優(yōu)異。一般電動汽車在零下10℃時充放電就會出現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強，在零下50℃到零上60℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國，還是在炎熱的南方，車輛都不會因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂。
鈦酸鋰電池的這些優(yōu)勢，能大幅節(jié)省充電站場地建設(shè)和人員配置成本等，更適合在公交領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，而公交系統(tǒng)正是我國新能源客車推廣應(yīng)用的“主戰(zhàn)場”。來自目前推廣應(yīng)用新能源車比例最高的公交市場的反饋顯示，快充方式更加適合當前公交市場的實際需求。河北邯鄲一家公交企業(yè)應(yīng)用鈦酸鋰電池的新能源公交車運營已有兩年多時間，其相關(guān)負責人的體會是：“一輛車快充6－10分鐘就可以充滿，駕駛員換班休息的間隙就能充好。”
鈦酸鋰電池為何沒有成為主流_鈦酸鋰電池優(yōu)缺點詳解
鈦酸鋰電池缺點
鈦酸鋰電池負極采用鈦酸鋰，相比負極用石墨的主流鋰電池，市場份額十分小眾。資料顯示，在新能源客車中，鈦酸鋰電池的市場份額占比約為3%，遠低于磷酸鐵鋰電池88%的市場份額;而在乘用車領(lǐng)域，鈦酸鋰電池則和其他少數(shù)派技術(shù)一起，分享著3%的市場空間。
鈦酸鋰電池為何沒有成為主流_鈦酸鋰電池優(yōu)缺點詳解
鈦酸鋰電池為何沒有成為主流？造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾種因素：
1、鋰電池壽命、性能等是受到多個方面的影響，特別是四大材料的影響。鈦酸鋰僅是負極材料，一個材料再怎么進步，也很難因此讓產(chǎn)品產(chǎn)生無可匹敵的優(yōu)勢。更何況正極材料才是影響鋰電池性能最重要的材料。
2、鈦酸鋰電池，最大的劣勢是能量密度低，成本高。特別是能量密度低是因為負極材料鈦酸鋰的原理性能決定，很難有大的突破空間。成本可以通過規(guī)?；档?，而基于原理上的弱點，無法通過技術(shù)來改變。
3、至于鈦酸鋰電池宣稱的使用壽命長，更難被認證。電池壽命還受到正極材料、電解液、隔膜、使用溫度等綜合影響。鈦酸鋰做負極，本身也存在脹氣和長時間使用一致性降低等問題，目前原理上也不能證明太酸鋰電池會比其他電池壽命長。目前磷酸鐵鋰、三元電池，循環(huán)壽命已經(jīng)可以做到2000次以上，按一般等使用頻率看，已經(jīng)可以做到7-10年，隨著技術(shù)的進步，存在3000次、4000次也不會太遙遠，局勢從性能上，已經(jīng)可以使用超過10年甚至達到20年的使用壽命，將超過汽車的一般的生命周期。鈦酸鋰電池即使做到了長壽命，也沒優(yōu)勢。
4、鈦酸鋰電池做的企業(yè)少，將導致產(chǎn)業(yè)整體研發(fā)投入少，從目前電池企業(yè)研發(fā)投入及規(guī)劃投入看，也很少企業(yè)會重點發(fā)展鈦酸鋰電池。未來，其他鋰電池技術(shù)進步速度將超過鈦酸鋰電池。
5、戰(zhàn)新產(chǎn)研從產(chǎn)業(yè)趨勢角度看，不要相信國際主流企業(yè)都做不好的技術(shù)，會在中國發(fā)光發(fā)熱。中國基礎(chǔ)研究還遠達不到國際先進企業(yè)水平，想在國際技術(shù)潮流中撿漏，無異于異想天開。鈦酸鋰電池未來市場空間將十分有限。汽車產(chǎn)業(yè)基本沒有空間，未來汽車產(chǎn)業(yè)的空間將比現(xiàn)在還小。儲能領(lǐng)域可以嘗試，但也絕對不會成為主流，再加上價格高昂，與未來儲能有望用動力電池二次利用的高性價比相比，鈦酸鋰在儲能領(lǐng)域前景也堪憂。
發(fā)展現(xiàn)狀
鈦酸鋰電池為何沒有成為主流_鈦酸鋰電池優(yōu)缺點詳解
盡管鈦酸鋰電池還存在一些不足，但它在安全性能、充放電以及循環(huán)壽命等方面的顯著優(yōu)勢，直指當今市面上其它類型動力電池的痛點。目前，國內(nèi)從事研發(fā)鈦酸鋰電池的企業(yè)有銀隆、微宏動力等，隨著這些企業(yè)對鈦酸鋰研發(fā)力度的加大，一些技術(shù)難題也將會被陸續(xù)突破。
據(jù)了解，已掌握鈦酸鋰核心技術(shù)的銀隆，其所研發(fā)的第四代高能量密度鈦酸鋰電池，與第三代相比成本下降40％，能量密度提高60％。銀隆還掌握了氫鈦研發(fā)這一核心技術(shù)，該技術(shù)將有效解決電池能量密度的問題，目前，銀隆不僅在北京、石家莊、邯鄲、珠海等國內(nèi)30多個城市實現(xiàn)產(chǎn)品的成功運營，還順利進入了美國、德國、法國等海外市場。2015年，銀隆全年銷售訂單近7000輛。據(jù)了解，未來銀隆還將通過鈦酸鋰電池和燃料電池的結(jié)合，解決新能源汽車續(xù)航里程短的難題。
