一、什么是鈦酸鋰電池

　　鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負(fù)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(fù)極組成1.5V的鋰二次電池。由于鈦酸鋰的高安全性、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命和綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

 

　　二、鈦酸鋰電池的組成

　　負(fù)極：鈦酸鋰材料。

 

　　隔膜：以碳作負(fù)極的鋰電池隔膜。

 

　　電解液：以碳作負(fù)極的鋰電池電解液。

 

　　電池殼：以碳作負(fù)極的鋰電池殼。

 

一文看懂鈦酸鋰電池技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展方向

 

　　三、鈦酸鋰電池的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　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(huì)產(chǎn)生可燃性氣體，帶來安全隱患。鈦酸鋰的電勢(shì)比純金屬鋰的電勢(shì)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(jī)構(gòu)對(duì)鈦酸鋰電池進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在針刺、擠壓、短路等嚴(yán)苛測(cè)試下，不冒煙、不起火、不爆炸，安全性遠(yuǎn)高于其他鋰電池。因此也有很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為鈦酸鋰十分適合用在對(duì)電池穩(wěn)定性要求極高的軍工等領(lǐng)域。

 

　　2、快充性能優(yōu)異

 

　　與碳負(fù)極材料相比，鈦酸鋰具有較高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，可高倍率充放電。在大大縮短充電時(shí)間的同時(shí)，對(duì)循環(huán)壽命的影響較小，熱穩(wěn)定性也較強(qiáng)。據(jù)測(cè)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(shí)間太長(zhǎng)一直是電動(dòng)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(dòng)公交車，充電時(shí)間至少要4個(gè)小時(shí)以上，很多純電動(dòng)乘用車的充電時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)8個(gè)小時(shí)。電動(dòng)車輛的快速充電是未來的趨勢(shì)，消費(fèi)者不愿浪費(fèi)太多時(shí)間在等待充電這個(gè)環(huán)節(jié)。

 

　　3、循環(huán)壽命長(zhǎng)

 

　　電池循環(huán)壽命決定整個(gè)新能源車的性價(jià)比，是未來新能源車脫離補(bǔ)貼政策后的主要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。汽車電池循環(huán)壽命的延長(zhǎng)，讓消費(fèi)者能夠買得起、養(yǎng)得起。

 

　　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(kuò)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(dòng)汽車在零下10℃時(shí)充放電就會(huì)出現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強(qiáng)，在零下50℃到零上60℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國(guó)，還是在炎熱的南方，車輛都不會(huì)因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂。

 

　　缺點(diǎn)：

　　1、相對(duì)其他類型的鋰離子動(dòng)力電池能量密度會(huì)低一些。

 

　　2、脹氣問題一直阻礙著鈦酸鋰電池的應(yīng)用。

 

　　3、相對(duì)其他類型的鋰離子動(dòng)力電池價(jià)格偏高。

 

　　4、電池一致性仍存在差異，隨著充放電次數(shù)的增加電池一致性差異會(huì)逐漸增大。

 

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　　四、鈦酸鋰電池技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

　　近10多年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦酸鋰電池技術(shù)的研究可謂是風(fēng)起云涌。其產(chǎn)業(yè)鏈可分為鈦酸鋰材料制備、鈦酸鋰電池生產(chǎn)與鈦酸鋰電池系統(tǒng)的集成及其在電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場(chǎng)的應(yīng)用。

 

　　1、鈦酸鋰材料

　　國(guó)際上對(duì)鈦酸鋰材料研究及產(chǎn)業(yè)化方面比較領(lǐng)先的有美國(guó)奧鈦納米科技公司、日本石原產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、英國(guó)莊信萬豐公司等。其中美國(guó)奧鈦生產(chǎn)的鈦酸鋰材料無論在倍率、安全性、長(zhǎng)壽命及高低溫等方面性能優(yōu)異。但是由于生產(chǎn)方法過于冗長(zhǎng)精細(xì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高，使其在商業(yè)化推廣上難度較大。

 

　　石原產(chǎn)業(yè)是亞洲最大的鈦***制造商之一，公司在日本、新加坡、臺(tái)灣均有生產(chǎn)基地。石原產(chǎn)業(yè)充分利用其充沛的原材料資源，以濕法工藝成功地開發(fā)了多款低成本、高倍率、不同顆粒度的鈦酸鋰產(chǎn)品。其性能相似的產(chǎn)品在價(jià)格比較美國(guó)奧鈦的鈦酸鋰材料有較大的優(yōu)勢(shì)，但比中國(guó)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品則稍遜一籌。莊信萬豐接手了原德國(guó)南方化學(xué)公司擁有的磷酸鐵鋰等材料，但在鈦酸鋰材料的研發(fā)與生產(chǎn)方面投入不足，產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定。

 

　　國(guó)內(nèi)在鈦酸鋰材料量產(chǎn)方面已有多家，如四川興能新材料有限公司、珠海銀隆新能源有限公司、湖州微宏動(dòng)力有限公司、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司以及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰生產(chǎn)廠家。

 

　　四川興能是一家專業(yè)生產(chǎn)鈦酸鋰材料的廠家，年產(chǎn)能達(dá)3000t，鈦酸鋰生產(chǎn)工藝具有客戶適應(yīng)性和穩(wěn)定性，可在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)線和設(shè)備的情況下靈活調(diào)整，生產(chǎn)出適合不同客戶要求的鈦酸鋰，并保持產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定。興能依靠上游的鋰礦與鈦礦資源，可實(shí)現(xiàn)從原礦到最終材料的協(xié)同生產(chǎn)，由此可實(shí)現(xiàn)鈦酸鋰產(chǎn)品性能提升和成本降低，避免原料市場(chǎng)波動(dòng)帶來的影響。

 

　　珠海銀隆于2011年完成了對(duì)美國(guó)奧鈦納米科技公司53.6%的股權(quán)的收購從而成為國(guó)內(nèi)少有的一家同時(shí)擁有鈦酸鋰材料制備、電池生產(chǎn)、鈦酸鋰電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、調(diào)頻調(diào)峰等應(yīng)用的多項(xiàng)核心技術(shù)與30多項(xiàng)專利的企業(yè)。

 

　　目前北方奧鈦納米技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“北方奧鈦”）的鈦酸鋰材料年產(chǎn)能100t并為北方奧鈦和珠海銀隆提供高品質(zhì)的納米級(jí)鈦酸鋰。珠海銀隆新能源還與石原產(chǎn)業(yè)就新型鈦酸鋰材料的研發(fā)開展了戰(zhàn)略合作，材料的成本將隨著其產(chǎn)量的增加而下降，未來幾年內(nèi)有望接近目前石墨負(fù)極材料的成本價(jià)格。

 

　　湖州微宏是目前在國(guó)內(nèi)業(yè)界推廣鈦酸鋰電池技術(shù)和其它快充類電池最成功的企業(yè)之一。

 

　　湖州微宏生產(chǎn)的鈦酸鋰材料主要用于自己生產(chǎn)的鈦酸鋰電池產(chǎn)品。湖州微宏鈦酸鋰電池產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)不斷擴(kuò)大也對(duì)鈦酸鋰技術(shù)在電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場(chǎng)上的應(yīng)用起到了良好的示范作用。

 

　　深圳貝特瑞是目前世界上最大的鋰電碳負(fù)極供應(yīng)商。公司具有強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，也是鈦酸鋰行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草者之一。深圳貝特瑞強(qiáng)大的銷售網(wǎng)絡(luò)也將在鈦酸鋰市場(chǎng)銷售中占盡先機(jī)，已經(jīng)推出碳包覆鈦酸鋰和無碳包覆鈦酸鋰的2款產(chǎn)品。然而，目前鈦酸鋰材料并非貝特瑞的主打產(chǎn)品。在鈦酸鋰電池市場(chǎng)尚未全面鋪開的情況下，公司還沒有在鈦酸鋰材料的生產(chǎn)上制定長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃。

　　2、鈦酸鋰電池及其在電動(dòng)車和儲(chǔ)能方面的應(yīng)用

　　國(guó)際上能夠批量生產(chǎn)鈦酸鋰電池的廠家并不多，主要以美國(guó)奧鈦與日本東芝集團(tuán)為代表。鈦酸鋰電池的應(yīng)用市場(chǎng)主要有電動(dòng)車、儲(chǔ)能市場(chǎng)及工業(yè)應(yīng)用。美國(guó)奧鈦的鈦酸鋰電池制造方面有其獨(dú)特的核心技術(shù)，在國(guó)際上大規(guī)格鈦酸鋰電池制造方面仍處于領(lǐng)先地位，并已解決了所謂的“脹氣”問題。目前其第4代65Ah單體鈦酸鋰電池已用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，在65℃循環(huán)上萬次仍無明顯的容量衰減。

 

　　在鈦酸鋰電池系統(tǒng)應(yīng)用方面，奧鈦為美國(guó)加州提供的混合電動(dòng)巴士已于2008年投入運(yùn)行至今。其燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為106.4kg/L遠(yuǎn)高于普通柴油發(fā)電機(jī)的23.8kg/L。公司為夏威夷自然能源所的10.5MW風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)提供了1MW的存儲(chǔ)系統(tǒng)并與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的并網(wǎng)，同時(shí)提供為期3年的技術(shù)支持服務(wù)。此鈦酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要用于調(diào)控可再生能源的電壓波動(dòng)，并將機(jī)組的負(fù)荷變化率控制在1MW/min以內(nèi)。奧鈦的1MW大容量高功率儲(chǔ)能機(jī)組是目前在美國(guó)電網(wǎng)中唯一得到2年多實(shí)地商業(yè)運(yùn)作和性能質(zhì)量檢驗(yàn)通過的大容量鈦酸鋰電池產(chǎn)品。儲(chǔ)能系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)超過500000次，充放電總電量超過3300MWh，系統(tǒng)容量損失小于2%，且功率并沒有明顯的衰減。

 

　　日本東芝批量生產(chǎn)以“SCiB”為品牌的鈦酸鋰電池。其中3.2Ah、10Ah及20Ah鋁殼方形電池主要用于電動(dòng)摩托、電動(dòng)汽車及汽車啟停電池。SCiB電池有著快速充電和長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，10分鐘即可充電90%以上，反復(fù)充放電3000次電量容量衰減不足10%，已經(jīng)批量應(yīng)用于“EV—neo”電動(dòng)摩托車上。在儲(chǔ)能方面，東芝借日本新陽光計(jì)劃之東風(fēng)正在將鈦酸鋰電池應(yīng)用到大規(guī)模儲(chǔ)能電站及家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)。另一家日本企業(yè)村田已開發(fā)了采用5V鎳錳酸鋰為正極的新型鈦酸鋰電池。其電壓差為3.2V，能量密度可達(dá)到130Wh/K歌，超過了目前磷酸鐵鋰電池的水平。

 

　　國(guó)內(nèi)在鈦酸鋰電池生產(chǎn)方面已有多家，如湖州微宏、珠海銀隆、深圳博磊達(dá)、天津市捷威動(dòng)力工業(yè)有限公司、四川興能、中信國(guó)安盟固利電源技術(shù)有限公司、湖南杉杉及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰電池生產(chǎn)廠家。

 

　　湖州微宏自2006年成立以來一直致力于鈦酸鋰技術(shù)開發(fā)。公司對(duì)其鈦酸鋰電池生產(chǎn)需要的鈦酸鋰材料、隔膜、電解液以及正極材料進(jìn)行了垂直整合。近年來為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，湖州微宏具備了日產(chǎn)8萬只10Ah的鈦酸鋰電池產(chǎn)品的產(chǎn)能以及2倍于的鈦酸鋰電池的多元正極鋰電池產(chǎn)品的產(chǎn)能。截至2014年底，湖州微宏的10分鐘快速充電電池系統(tǒng)已裝備了超過3000輛混合動(dòng)力為主的電動(dòng)大巴，主要銷往英國(guó)、荷蘭及中國(guó)重慶等地。在儲(chǔ)能市場(chǎng)方面，湖州微宏分別在美國(guó)的佛蒙特州及中國(guó)重慶安裝了用于電網(wǎng)調(diào)頻及電網(wǎng)需求管理的鈦酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

 

　　珠海銀隆目前量產(chǎn)的鈦酸鋰電池產(chǎn)品有20Ah和65Ah軟包電池以及25Ah、30Ah和55Ah圓柱電池，性能指標(biāo)已達(dá)到美國(guó)奧鈦生產(chǎn)的鈦酸鋰電池。電池100%DOD的循環(huán)次數(shù)超過16000次，10%DOD則達(dá)到160萬次。這幾款電池均已通過北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)鑒定試驗(yàn)所（201所）的第三方檢測(cè)。在應(yīng)用方面，銀隆新型純電動(dòng)公交車使用了圓柱形、壽命長(zhǎng)、充放電快的鈦酸鋰電池，續(xù)航里程可達(dá)30～80km，快速充電只需6～10分鐘，也可用夜間谷電慢充30～60分鐘充滿。該系列車型已經(jīng)成功地投放于廣東湛江、河北邯鄲、石家莊等地公交系統(tǒng)。銀隆專為北京公交設(shè)計(jì)開發(fā)的仿古鐺鐺車于2014年9月投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。該車還被指定為北京APEC會(huì)議的官方指定用車。在儲(chǔ)能市場(chǎng)，銀隆分別與國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)合作承擔(dān)了儲(chǔ)能方面的863國(guó)家項(xiàng)目，為張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范站和深圳寶清電池儲(chǔ)能站分別提供了2個(gè)2MWh和1個(gè)600kWh鈦酸鋰系統(tǒng)的部分模塊、電池箱設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)解決方案。

 

　　深圳博磊達(dá)通過獨(dú)特的材料處理方法，可以制備得到性能良好的Li4Ti5O12材料，并通過技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，從鈦酸鋰電池的生產(chǎn)工藝提升出發(fā)，高性能Li4Ti5O12的設(shè)計(jì)和制備已經(jīng)取得重大進(jìn)展，目前量產(chǎn)的產(chǎn)品有17Ah、20Ah和25Ah圓柱電池，解決了鈦酸鋰電池容易脹氣的問題，獲得了高性能的鈦酸鋰電池產(chǎn)品，并取得了權(quán)威的第三方檢測(cè)報(bào)告。博磊達(dá)公司從高功率Li4Ti5O12電極材料設(shè)計(jì)入手，研究Li4Ti5O12材料界面副反應(yīng)揭示產(chǎn)氣機(jī)理和解決機(jī)制對(duì)Li4Ti5O12電極材料在動(dòng)力電池中的規(guī)?；瘧?yīng)用并取得了重大突破。

 

　　天津捷威得到了美國(guó)奧鈦的鈦酸鋰電池生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，并結(jié)合自己多年來在聚合物軟包動(dòng)力電池生產(chǎn)方面的技術(shù)積累而獨(dú)居特色。公司成功地突破了脹氣難題，已具備批量生產(chǎn)大規(guī)格單體鈦酸鋰電池的技術(shù)及能力，電池容量達(dá)到60Ah，累計(jì)出貨量為2000萬Ah。

 

　　該電池可以承受10C以上連續(xù)充放電，壽命達(dá)到2萬次以上，溫度范圍為-40～60℃，主要應(yīng)用于快充大巴和調(diào)頻的儲(chǔ)能電站。