關(guān)于鈦酸鋰電池的特性及其應(yīng)用領(lǐng)域詳解
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-03 09:01
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一、行業(yè)對(duì)電池的性能要求
（一）性能要求
電動(dòng)車/儲(chǔ)能發(fā)展對(duì)電池的要求:成本、安全、壽命長(zhǎng)、裝載電量多。電池的性能：成本低；倍率性能好、快充；安全可靠；長(zhǎng)壽命。故：安全性與成本是關(guān)鍵！
1.研究背景---鋰離子電池材料體系：金屬離子Mn+在嵌入化合物L(fēng)ixMyXz中應(yīng)有較高的氧化還原電位，能量密度高；嵌入化合物L(fēng)ixMyXz應(yīng)能允許大量的鋰離子進(jìn)行可逆嵌入和脫嵌；嵌入化合物應(yīng)有較好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率；嵌入化合物在整個(gè)電壓范圍內(nèi)應(yīng)化學(xué)穩(wěn)定性好；嵌入化合物應(yīng)該便宜，對(duì)環(huán)境無污染，質(zhì)量輕。
2.研究背景---結(jié)構(gòu)特征
反復(fù)說到安全性，做到三維立體結(jié)構(gòu)真的是安全的。在鋰硫電池實(shí)現(xiàn)，比如說電壓在0.8伏，穿刺再加3.1，這樣的結(jié)構(gòu)是不會(huì)掉的，因?yàn)樽陨淼谋Ｗo(hù)比較強(qiáng)。實(shí)際上構(gòu)成物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素里面是有一個(gè)氧離子和一個(gè)硫離子，大部分都可以進(jìn)入到硫化物里面，然后在進(jìn)入到硅酸鹽
Fig.1 insertion-compound host with 2D,3D,and 1D interstitial space for Li+-ion transport*J.B. Goodenough, Y. Kim / Journal of Power Sources 196 (2011) 6688–6694.
（二）電池系統(tǒng)的六大目標(biāo)：量密度、功率密度、SOC運(yùn)行范圍、循環(huán)壽命、安全性、成本（TCO）。重點(diǎn)要解決的問題：可靠性、安全性、壽命、成本；最重要的是安全，成本是在安全、可靠性、壽命、容量密度之后。
二、為什么選擇鈦酸鋰電池
（一）鈦酸鋰的結(jié)構(gòu)
面心立方尖晶石結(jié)構(gòu)AM2O4，空間群Fd3m，晶胞參數(shù)0.836nm，結(jié)構(gòu)式為[Li3]8a[Li1Ti5]16d[O12]32e。零應(yīng)變材料，晶格常數(shù)變化很小，從0.836到0.837nm，小于1%；充電時(shí)，3個(gè)鋰離子移動(dòng)，電導(dǎo)率為10-9S/cm，擴(kuò)散系數(shù)為2x10-8cm2/S，比石墨高一倍；化學(xué)電位高（對(duì)金屬鋰的電位為1.55V），很難在鈦酸鋰表面形成鋰枝晶，也難以形成 SEI膜，所以，安全性是所有這些鋰離子電池中最高的！
（二）鈦酸鋰材料與石墨的比較
二者之間的聯(lián)系：由電池充放電所引發(fā)的效應(yīng)，在電池工作期間石墨和nLTO晶體的相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
石墨：平面位移±10%，石墨中的壓力與應(yīng)力限制了電池使用壽命；nLTO（3D）中沒有壓力或應(yīng)力效應(yīng)，電池使用壽命較長(zhǎng)。
三、鈦酸鋰電池的特性及生產(chǎn)商
（一）為什么鈦酸鋰電池更安全，
因?yàn)榘l(fā)生短路的時(shí)候有一個(gè)絕緣體的材料，一旦放電就變化了電導(dǎo)率很低的情況，所以電流就降低了，它自己就保護(hù)起來了。放電態(tài)的鈦酸鋰負(fù)極的電導(dǎo)率急劇降低，短路電流急劇下降，沒有熱失控現(xiàn)象發(fā)生，這是鈦酸鋰電池安全性優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池的原因之一 。
（二）鈦酸鋰電池的循環(huán)性更優(yōu)異
鈦酸鋰電池充放電厚度的變化情況，傳統(tǒng)的石墨負(fù)極的厚度的變化，波動(dòng)有10%，所以電池會(huì)放，會(huì)出現(xiàn)各種問題。再來看看鈦酸鋰電池很輕松就實(shí)現(xiàn)了10000次的循環(huán)，這是實(shí)際測(cè)出來的結(jié)果。
冬天車要放在內(nèi)蒙古，或者是東北的話它就不能工作的，所以要加一層膜在里面，鈦酸鋰不需要。在低溫零下30度，鈦酸鋰沒有任何變化。而在普通的行放率在10度的情況下就不能工作了。鈦酸鋰的低溫性非?？煽?，所以我們要有選擇性的選擇材料。
（三）超長(zhǎng)循環(huán)壽命 (25oC)
鈦酸鋰電池可以很輕松地實(shí)現(xiàn) 10000 次循環(huán)。This very long life may reduce the need for battery replacement and also allow for repurposing/reuse of batteries.
（四）鈦酸鋰電池的低溫可靠性
鈦酸鋰電池的低溫充放電性能優(yōu)異，意味著它的使用溫度范圍更寬（-40~+60oC）。
（五）TCO全生命周期成本優(yōu)勢(shì)
LTO 電池總利用的能量輸出大大多于LIB。
The TCO is compared LIB with LTO cell by simple estimation
盧祥軍：鈦酸鋰電池的特性及其應(yīng)用領(lǐng)域
LTO電池的初始購(gòu)置成本高于普通的LIB電池，但是其全生命周期的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通 LIB電池!!
（六）鈦酸鋰電池系統(tǒng)的TCO優(yōu)勢(shì)
LTO cell’s rapid charging reduces DG operation, which results in fuel cost saving and OPEX advantage.
LTO cell’s long life reduces replacement, which results in battery and DG cost itself in long term operation.
TCO : Total Cost of Ownership
DG : Diesel Generator
VRLA : Valve-Regulated Lead-Acid battery
CAPEX : Capital Expense (=Cost of battery and DG)
OPEX : Operating Expense (=Cost of diesel fuel)
（七）主要的鈦酸鋰電池生產(chǎn)商：Microvast微宏動(dòng)力、TOSHIBA東芝、Altairnano銀隆、Leclanche瑞士樂卡。
四、鈦酸鋰電池技術(shù)發(fā)展及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
（一）鈦酸鋰電池與無線充電
無線充電作為未來的饋能技術(shù)，將使得電動(dòng)車的發(fā)展象智能手機(jī)一樣重新定義電動(dòng)車，在線充，邊走邊充將成為可能；鈦酸鋰優(yōu)良的快速充電特性（6分鐘充滿電）與無線充電的有機(jī)結(jié)合，將首先在電動(dòng)大巴、有軌電車、AGV等電動(dòng)設(shè)施上得到成功的應(yīng)用；鈦酸鋰的快充＋長(zhǎng)壽命使得電動(dòng)車輛所需裝載的電池?cái)?shù)量大為減少，從而降低了整車成本；鈦酸鋰電池在整個(gè)行業(yè)中將有一席之地，包括電動(dòng)車、儲(chǔ)能方面需要列入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。
（二）鈦酸鋰電池是電動(dòng)車48V(20kW)系統(tǒng)最佳選擇之一
