可以破解安全快充難題的鈦酸鋰電池

鈦酸鋰被認(rèn)為是比碳更安全、壽命更長(zhǎng)的負(fù)極材料，前景被很多企業(yè)所看好。許多國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛投入資金進(jìn)行鈦酸鋰儲(chǔ)能產(chǎn)品開發(fā)制造，如上海電氣、正道集團(tuán)等；還有一些則將資金投入鈦酸鋰儲(chǔ)能調(diào)頻電站，如金路集團(tuán)。一時(shí)間，鈦酸鋰成為備受儲(chǔ)能業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)話題。

鈦酸鋰電池應(yīng)用前景廣闊

珠海格力電器股份有限公司董事長(zhǎng)兼總裁董明珠非?？春免佀徜嚰夹g(shù)，她指出，鈦酸鋰電池的儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)不僅僅可以在新能源汽車市場(chǎng)應(yīng)用，此類電池在智能家居布局上也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用前景。

由于鈦酸鋰電池的高安全性、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，鈦酸鋰材料會(huì)成為新一代鋰離子蓄電池的負(fù)極材料而被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、電動(dòng)摩托車和要求高穩(wěn)定性、長(zhǎng)周期的項(xiàng)目等應(yīng)用領(lǐng)域。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)定性要求極高的特種等領(lǐng)域。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)鈦酸鋰電池在技術(shù)和性能上不斷提升，雖然鈦酸鋰還是新興材料，但已有多家公司從事相關(guān)行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了鈦酸鋰電池的國(guó)產(chǎn)化。如珠海銀隆新能源股份有限公司（簡(jiǎn)稱“銀隆”），在收購(gòu)美國(guó)奧鈦納米技術(shù)公司后，將其技術(shù)主要應(yīng)用于生產(chǎn)電動(dòng)大巴、儲(chǔ)能系統(tǒng)用鈦酸鋰電池，年產(chǎn)量達(dá)3000噸，其產(chǎn)品包含20、60安每小時(shí)軟包電池與30、50安圓柱等。

據(jù)了解，美國(guó)奧鈦納米技術(shù)公司在鈦酸鋰電池上擁有其獨(dú)特的核心技術(shù)。開發(fā)的10安高功率鋰電池以鈷酸鋰材料為正極，其優(yōu)異的低溫放電性能使得電池在零下40攝氏度的低溫下仍可放出60%以上的容量。電池?zé)岱€(wěn)定性能也很高，即使在240攝氏度的高溫下放置30分鐘后沒(méi)有冒煙，也未發(fā)生著火爆炸。在美國(guó)加州投入使用后，裝載此鈦酸鋰電池的混合動(dòng)力巴士廣受好評(píng)。

此外，國(guó)內(nèi)鈦酸鋰電池供應(yīng)商還有四川興能新材料有限公司，其產(chǎn)品主要銷往歐洲以供應(yīng)當(dāng)?shù)仉妱?dòng)大巴。深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司則在材料上下足了功夫，其提供的碳包覆鈦酸鋰和無(wú)碳包覆鈦酸鋰材料在國(guó)內(nèi)也銷路甚廣。

在碳負(fù)極遇到發(fā)展瓶頸，硅、錫負(fù)極材料還不能量產(chǎn)的情況下，鈦酸鋰電池或?qū)⒊蔀橄乱粋€(gè)發(fā)展趨勢(shì)。業(yè)內(nèi)相關(guān)人士指出，鈦酸鋰電池的優(yōu)勢(shì)或?qū)㈦S著充電設(shè)備的大范圍覆蓋而更加明顯。

作為負(fù)極材料具有優(yōu)勢(shì)

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)，電池循環(huán)壽命更是決定了整個(gè)新能源汽車的性價(jià)比，是未來(lái)新能源車脫離補(bǔ)貼政策后的主要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。如今的新能源汽車大多都將電池設(shè)置在不易拆卸的位置，電池的選擇也因此而變得尤為重要——不光要考慮到其是否會(huì)在行駛途中起火爆炸，還要考慮到電池的循環(huán)使用壽命是否長(zhǎng)久。

當(dāng)電池充放電時(shí)，鋰離子在鈦酸鋰負(fù)極上嵌入與脫嵌絲毫不影響其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，鈦酸鋰的晶型結(jié)構(gòu)幾乎無(wú)變化，這種現(xiàn)象被稱之為“零應(yīng)變”，因此鈦酸鋰材料也被稱為“零應(yīng)變材料”。這種性質(zhì)對(duì)電極材料來(lái)說(shuō)具有相當(dāng)重要的作用，傳統(tǒng)石墨烯由于層狀結(jié)構(gòu)，在鋰離子嵌入嵌出過(guò)程中會(huì)引起材質(zhì)變形，導(dǎo)致循環(huán)性能不足；而其他的傳統(tǒng)鋰離子電池，比如磷酸鐵鋰電池，在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)容量大幅衰減、壽命縮短的問(wèn)題，不僅影響用戶的正常使用，還增加了電池的更換成本。

鈦酸鋰電池則很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。其“零應(yīng)變”的性質(zhì)能夠避免在充放電過(guò)程中由于材料的伸縮變化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而提高電極的性能和減少比容量的大幅度衰減，使得電池的循環(huán)壽命極大提高。

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)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(wàn)次以上。在作為動(dòng)力電池使用10年之后，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)際使用過(guò)程中不用更換電池，幾乎不增加后期成本。

傳統(tǒng)石墨負(fù)極的電池由于電位問(wèn)題，會(huì)在電解質(zhì)的界面上形成一層膜，并容易形成“鋰枝晶”影響電池使用安全。而與碳負(fù)極材料相比，鈦酸鋰的電位比金屬鋰高1.55伏，與電解液之間的反應(yīng)活性較低，這就導(dǎo)致通常會(huì)在電解液與碳負(fù)極表面上形成的膜在鈦酸鋰表面基本不形成，從而避免“鋰枝晶”現(xiàn)象的產(chǎn)生，極大提高了電池的穩(wěn)定性和安全性。

另外，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攝氏度時(shí)充放電就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強(qiáng)，在零下50攝氏度至60攝氏度的范圍內(nèi)各項(xiàng)性能仍保持在常溫狀態(tài)下的數(shù)值。

值得關(guān)注的是，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。充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)一直是電動(dòng)汽車發(fā)展過(guò)程中難以跨越的障礙，同時(shí)很多消費(fèi)者表示不愿花費(fèi)太多時(shí)間等待充電。相關(guān)測(cè)試表明，與傳統(tǒng)石墨電池相比，在相同容量下，原本需要2~4小時(shí)的充電時(shí)間將被鈦酸鋰電池縮短到6分鐘，充放電速率得到了10倍以上的提升。

如今，鈦酸鋰電池雖然存在一定爭(zhēng)議，因其僅僅作為負(fù)極材料，并不能決定電池的其他性能，更何況其還有能量密度低、成本較高的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，但不可否認(rèn)的是，其優(yōu)勢(shì)也直指當(dāng)今市面上其它類型動(dòng)力電池的痛點(diǎn)。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)力的提高以及對(duì)鈦酸鋰電池研發(fā)力度的加大，相信在未來(lái)可以解決大部分成本與技術(shù)難題，對(duì)其能量密度的要求也將隨著充電樁的大范圍覆蓋而降低，業(yè)界依舊對(duì)其充滿期待。

據(jù)了解，銀隆自主研發(fā)的第四代高能量密度鈦酸鋰電池，與第三代相比其成本下降40％，能量密度提高60％。未來(lái)銀隆還將通過(guò)鈦酸鋰電池和燃料電池的結(jié)合，解決新能源汽車?yán)m(xù)航里程短的難題。