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。

優(yōu)點

    商業(yè)化的鋰離子電池負極主要采用碳材料，但以碳做負極的鋰電池在應用上仍存在一些弊端：

　　1、過充電時易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電池的安全性能;

　　2、易形成SEI膜而導致首次充放電效率較低，不可逆容量較大;

　　3、即碳材料的平臺電壓較低(接近于金屬鋰)，并且容易引起電解液的分解，從而帶來安全隱患。

　　4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。

 

 

 

    與碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5O12具有明顯的優(yōu)勢：

　　1、它為零應變材料，循環(huán)性能好;

　　2、放電電壓平穩(wěn)，而且電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能;

　　3、與炭負極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴散系數(shù)(為2 *10-8cm2/s)，可高倍率充放電等。

　　4、鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎。

 

 

缺點

     1、相對其他類型的鋰離子動力電池能量密度會低一些。

　　2、脹氣問題一直阻礙著鈦酸鋰電池的應用。

　　3、相對其他類型的鋰離子動力電池價格偏高。

　　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逐漸增大。

 

 

應用在電動車上的優(yōu)缺點

    能量密度低是其最為突出的問題，所以更適合于一些特種的電動汽車的用途，想讓汽車跑遠點的都請忽略它。

 

 

 

    容量不低，175mAh/g，但是這只是容量，不是能量，電壓乘以電量得到的才是能量。此材料電壓是1.5V，OK。問題來了，這個材料倒是既可以做正極，也可以做負極。如果做正極的話，那基本就要和石墨負極配，得到的電池基本就是1.5V的電池(一般鋰電池，3.4，3.7V的都有，現(xiàn)在好像還有4V的)。但是這也太搓了，電壓如此低，得到的電池能量密度也比較慘，看看電壓差別，就知道，能量密度起碼跌一半。你們整天嫌電動車跑不遠，就是因為電池能量密度差，你再看看它。

 

 

 

    還沒完，它如果做正極，先充電的話要嵌鋰，這就要求負極必須含鋰。一般用的負極，比如石墨，都是不含鋰的，這就要求鋰化。鋰化的石墨/硅負極這個技術似乎已經(jīng)有，不過我聽來我們這里介紹的日本專家講了講，感覺可不像是什么已經(jīng)比較成熟的技術，至少個人認為比鈦酸鋰離實用還要遠。總之，當正極感覺十分不靠譜……

 

 

    如果做負極的話，OK，這是它的本行吧。它電壓是高一點，不過正好與電解液穩(wěn)定共存，不會生成SEI膜。因此材料安全性不錯，材料充放電時應變又小，被譽為“零應變材料”，總之壽命長，大倍率充放也比較耐受，聽說有一萬次的壽命。

 

 

    但是，樹上的鳥兒成雙對~~~~~~~~，它做負極的話，與幾種正極材料配合的情況如何?電池的正負極相配是比較重要的內(nèi)容：比如這個負極特別牛，一萬次的壽命，可惜正極只能撐500下……一樣沒戲。幾種典型的正極材料，如三元(現(xiàn)在也不錯了)，鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰中，磷酸鐵鋰仍然是毫無疑問的壽命最高的(雖然你們老吐槽鐵鋰這這那那)，磷酸鐵鋰的功率性能也很好(參見上次磷酸鐵鋰電池的回答)，因此個人認為和鈦酸鋰配合還比較靠譜。

 

 

    不過這種電池，電壓只有3.4-1.5=1.9V，基本還是一個慘(普通磷酸鐵鋰電池，以石墨為負極，3.3V左右的電壓)。能量密度也相應的非常寒磣。

 

 

    總之，鈦酸鋰這個材料，要么電壓再低點(當負極)，要么電壓再高一點(牛B無敵新正極)，可能境遇都要好很多。

 

 

    此外，這個材料價格貴是肯定的(RMB/kg)，畢竟鈦不是什么特別便宜的東西，你再便宜能有錳鐵便宜?再加上能量密度低(WH/kg)，所以算單位能量(RMB/WH)的價格時，只會更缺乏競爭力。(你們天天嫌電動車貴)說來說去，其實人家也有優(yōu)點，材料穩(wěn)定，安全，大倍率功率性能良好，因此對于“快充” “功率型”用途，一定是比較適合的，這一點沒有問題，人家沒撒謊。

 

 

    但是，這種功率型用途是靠犧牲能量密度得來的，以前裝100kg電池，現(xiàn)在如果還想跑那么遠，就要裝200kg……所以相應的也就做了一些調(diào)整，比如就少裝電池，然后跑一趟充一次，每次都快充。 其實我覺得，這也算是一種成功的運行模式。只不過真的得把單位能量(RMB/WH)的價格這筆賬算清楚，畢竟受認可的產(chǎn)品，成本一定得有點競爭力，而在這點上鈦酸鋰好像不太樂觀。　　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)。

 

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;而在乘用車領域，鈦酸鋰電池則和其他少數(shù)派技術一起，分享著3%的市場空間。

 

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、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。