鈦酸鋰電池優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-14 11:03
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作為動(dòng)力電池，消費(fèi)者最關(guān)心的問題主要集中于安全穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度這五大關(guān)鍵指標(biāo)。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，只有各項(xiàng)性能指標(biāo)均衡的電池，才能適應(yīng)更廣泛的運(yùn)行環(huán)境，并在確保用戶使用安全的同時(shí)，降低使用成本，提升使用效率，從而成為市場的主流。同傳統(tǒng)的錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池相比，鈦酸鋰電池在這些方面有著明顯的優(yōu)勢。
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(jī)構(gòu)對(duì)鈦酸鋰電池進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，在針刺、擠壓、短路等嚴(yán)苛測試下，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。
電動(dòng)汽車的安全穩(wěn)定性能是消費(fèi)者最為關(guān)注的指標(biāo)，無論續(xù)航里程多遠(yuǎn)，如果不能解決安全問題，消費(fèi)者開的不過是一輛裝著不定時(shí)炸彈的車子，而鈦酸鋰電池的超安全性能無疑將會(huì)受到消費(fèi)者的青睞。
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)間更是長達(dá)8個(gè)小時(shí)。電動(dòng)車輛的快速充電是未來的趨勢，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。
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)貼政策后的主要競爭點(diǎn)。汽車電池循環(huán)壽命的延長，讓消費(fèi)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(huì)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(yàn)，很可能讓消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)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(shí)，鋰離子嵌入和脫嵌不會(huì)造成鈦酸鋰晶型結(jié)構(gòu)的變化，因此對(duì)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(dāng)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(yàn)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(dá)3萬次以上，在作為動(dòng)力電池使用10年之后，可能還能作為儲(chǔ)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(shí)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(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，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。
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(dāng)前公交市場的實(shí)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(yùn)營已有兩年多時(shí)間，其相關(guān)負(fù)責(zé)人的體會(huì)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。”
鈦酸鋰電池缺點(diǎn)：
1、比容量比其他的金屬基材料低很多。理論容量175mAh/g。
鈦酸鋰電池優(yōu)勢明顯，其不足之處也很明顯，比如能量密度相對(duì)較低，續(xù)航能力弱。經(jīng)測試，鈦酸鋰的克容量為160-170mAh/g，只有傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料的一半，對(duì)鋰電位為1.5V，這會(huì)極大損失能量密度。
2、導(dǎo)電性差，大電流放電極化比較嚴(yán)重，因而高倍率下性能不佳。
3、作為電池材料其振實(shí)密度比較低，單位體積的容量較小。
4、鋰元素的利用率低，電池成本過高。
鋰電池的充放電靠鋰離子來回遷移完成，不同電池體系的鋰電池每安時(shí)消耗的鋰元素是一樣的，所以電池體系能量密度越高，鋰元素的利用率越高，而鈦酸鋰電池的能量密度不到磷酸鐵鋰電池的一半，其鋰元素的利用率也不到磷酸鐵鋰電池的一半，這不僅造成了鋰資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，也導(dǎo)致鈦酸鋰電池物料成本居高不下。此外，鈦的成本較高，鈦酸鋰工藝等問題也亟需解決。目前三元-鈦酸鋰電池的成本大約是三元-石墨電池的2-3倍，高昂的成本限制了鈦酸鋰電池裝車時(shí)的用量，這是該技術(shù)路線的客觀短板。
三、國內(nèi)的鈦酸鋰電池質(zhì)量怎么樣
國內(nèi)目前在鈦酸鋰電池生產(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。
鈦酸鋰電池優(yōu)缺點(diǎn)，國內(nèi)的鈦酸鋰電池質(zhì)量怎么樣？
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、荷蘭及中國重慶等地。在儲(chǔ)能市場方面，湖州微宏分別在美國的佛蒙特州及中國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。
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、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)。
