鈦酸鋰電池技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展狀況分析

張靜 趙程 高玉雙 劉鵬

摘 ? 要：隨著社會的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們在生產(chǎn)和生活活動中對電能的需求越來越高，推動了電能存儲行業(yè)的發(fā)展。鈦酸鋰電池的出現(xiàn)，為電能存儲方式帶來了新的契機，以其優(yōu)異的性能和高安全性，受到國內(nèi)外各界人士和企業(yè)的關(guān)注。本文主要分析了鈦酸鋰電池技術(shù)在國際和國內(nèi)目前的整體發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：鈦酸鋰電池 ?電能 ?發(fā)展狀況

中圖分類號：TM91 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0237-02

鈦酸鋰材料具有高穩(wěn)定性、安全性以及綠色環(huán)保的特征，而且與一些傳統(tǒng)材料相比能夠呈現(xiàn)出更長的使用壽命，將其用于新型電池的生產(chǎn)中能夠獲得良好的應(yīng)用效果。然而，該項應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用目前還未大范圍普及，依然具有很大的研究與發(fā)展前景。接下來我們對國內(nèi)外各家公司對鈦酸鋰電池技術(shù)的研究與應(yīng)用情況進行簡單的論述。

1 ?目前鈦酸鋰電池技術(shù)的整體發(fā)展狀況

1.1 國外鈦酸鋰電池技術(shù)發(fā)展概況

目前，國際上可以對鈦酸鋰電池進行批量生產(chǎn)的企業(yè)并不多，知名度較高的包括日本的東芝集團、美國的奧鈦集團。鈦酸鋰電池供應(yīng)市場范圍主要包括電動車（包括公共汽車、軌道交通等）、儲能市場（主要包括風(fēng)場、電網(wǎng)質(zhì)量調(diào)控以及調(diào)頻控制等）、工業(yè)應(yīng)用（包括叉車和港口機械設(shè)備等）。

美國奧泰在鈦酸鋰電池的制造上已經(jīng)形成了一套獨有的核心技術(shù)，在國際范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位，而且已經(jīng)基本解決影響鈦酸鋰電池應(yīng)用最突出的問題——脹氣。其生產(chǎn)的第四代65Ah單體鈦酸鋰電池目前已經(jīng)在儲能系統(tǒng)當(dāng)中實現(xiàn)了應(yīng)用，經(jīng)過上萬次循環(huán)，其容量無明顯衰減的情況出現(xiàn)。而在系統(tǒng)應(yīng)用方面，該公司給加利福尼亞州所生產(chǎn)的Proterra混合型電動巴士已經(jīng)運行10余年，整體應(yīng)用狀況良好的。該巴士的燃油經(jīng)濟性指標是106.4kg/L，遠遠超過傳統(tǒng)柴油發(fā)電機的23.8kg/L。此外，該公司還對位于夏威夷的風(fēng)力發(fā)電廠供給了1MW的存儲系統(tǒng)，跟當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)之間實現(xiàn)并網(wǎng)。該鈦酸鋰儲能系統(tǒng)主要用作對可再生能源相應(yīng)電壓波動的調(diào)控，使機組內(nèi)負荷變化率被控制于1MW/min之內(nèi)。針對能源企業(yè)AES，奧鈦為其提供出兩套電網(wǎng)調(diào)頻能量的存儲系統(tǒng)，已經(jīng)過近10年的運行。奧鈦所生產(chǎn)的1MW儲能機組屬于美國電網(wǎng)目前唯一使用五年以上的鈦酸鋰電池產(chǎn)品。其儲能系統(tǒng)已然經(jīng)過超百萬次的循環(huán)，系統(tǒng)容量損失大約為3%，功率并未呈現(xiàn)出明顯的衰減。

日本東芝集團同樣實現(xiàn)了對鈦酸鋰電池的批量生產(chǎn)，品牌為SCiB，其中型號為3.2Ah、10Ah以及20Ah的鋁殼方形電池目前已經(jīng)應(yīng)用在電動汽車、電動摩托等方面。SCiB電池不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電，而且使用壽命較長，僅需10min便能充電90%以上，經(jīng)過3000次反復(fù)充電，電量容量的衰減不超過10%，已然批量用在對EV-neo電動摩托的生產(chǎn)當(dāng)中。而對于儲能方面來說，日本東芝借助于本國的新陽光計劃，將鈦酸鋰電池融入到對家庭儲能系統(tǒng)以及大規(guī)模儲能電站的應(yīng)用中。此外，日本的另外一家企業(yè)村田，已經(jīng)開發(fā)了以5V鎳錳酸鋰作為正極的鈦酸鋰電池，電壓差是3.2V，其能量密度能夠達到130Wh/kg，高于磷酸鐵電池的整體應(yīng)用水平。

1.2 我國鈦酸鋰電池技術(shù)發(fā)展概況

我國在鈦酸鋰電池的研發(fā)與生產(chǎn)上也已經(jīng)獲得了一定成效，多家公司投入經(jīng)費開展對這種新型電池的研究。其中，湖州微宏創(chuàng)立之后一直從事于對鈦酸鋰技術(shù)的研發(fā)，其生產(chǎn)鈦酸鋰電池的過程需要對鈦酸鋰材料、正極材料、隔膜和電解液等做出垂直整合。近些年以來，該公司為了更好地貼合市場需求，建設(shè)起日產(chǎn)超8萬只鈦酸鋰電池的產(chǎn)能。目前，該公司所生產(chǎn)的10min快充電池系統(tǒng)已然實現(xiàn)對數(shù)千輛以混合動力為主體電動大巴的安裝，并銷往荷蘭、英國等國家。而就儲能市場來說，微宏在美國和我國重慶分別安裝了用于電網(wǎng)調(diào)頻和電網(wǎng)需求管理的鈦酸鋰儲能系統(tǒng)，并獲得了較為優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用效果。

位于河北的銀隆新能源有限公司，已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的鈦酸鋰電池相關(guān)產(chǎn)品包括65Ah與20Ah軟包電池、55Ah與30Ah圓柱電池，整體性能已然與美國奧泰所生產(chǎn)的電池相當(dāng)。該公司所生產(chǎn)的鈦酸鋰電池100%DOD循環(huán)次數(shù)能夠突破1.6萬次，而10%DOD能夠達到160萬次。該公司生產(chǎn)的這些產(chǎn)品都已經(jīng)通過國內(nèi)相關(guān)檢驗機構(gòu)的第三方檢測。就實際應(yīng)用方面來說，銀隆所生產(chǎn)的純電動公交車應(yīng)用到了圓柱形鈦酸鋰電池，不僅使用壽命較長，而且充放電速度也相對較快，其實際續(xù)航里程能夠達到30-80km，快充情況下充電過程僅需6～10min，還可以在夜晚進行谷電慢充，充滿需要30～60min。此車型已然投放在河北、廣東等多地。

天津捷威獲得了美國奧泰的技術(shù)轉(zhuǎn)讓，融合自身多年從事軟包動力電池等方面的技術(shù)積累，目前在國內(nèi)鈦酸鋰電池行業(yè)已經(jīng)獨樹一幟。該公司已經(jīng)突破了鈦酸鋰電池脹氣的難題，具備對大規(guī)格鈦酸鋰電池進行批量生產(chǎn)的技術(shù)能力，其電池容量設(shè)置為60Ah。該公司所生產(chǎn)的鈦酸鋰電池能夠突破2萬次以上的循環(huán)充放電實驗檢測，其使用溫度范圍更廣，為-40℃～-60℃，目前主要用在調(diào)頻儲能電站以及快充大巴等方面。

天津力神電池股份有限公司的新能源事業(yè)部也進行鈦酸鋰電池的生產(chǎn)與制作，目前2Ah，18Ah，28Ah圓柱型鈦酸鋰電池已經(jīng)量產(chǎn)化，其鈦酸鋰電池在常溫下5C循環(huán)壽命高達上萬次，脈沖放電可達到200C放電，零下40可進行放電。鈦酸鋰電池循環(huán)壽命長，倍率性能佳，優(yōu)良的低溫性能。目前，鈦酸鋰電池應(yīng)用在汽車行業(yè)、快充行業(yè)，電子行業(yè)等，具有這巨大潛能。

2 ?鈦酸鋰電池的優(yōu)缺點

2.1 優(yōu)點

以電動車代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車輛能夠在很大程度上緩解城市環(huán)境污染問題，而鋰電池在車輛生產(chǎn)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，為產(chǎn)業(yè)升級提供了強大的動力。目前普遍應(yīng)用的鋰離子電池，其負極大都采用碳材料，在實際應(yīng)用過程中會呈現(xiàn)出諸多弊端，主要體現(xiàn)在：（1）如果發(fā)生過充電情況，會導(dǎo)致鋰枝晶的析出，很可能造成電池出現(xiàn)短路，從而影響到鋰電池的整體使用性能，降低其安全性;（2）容易形成SEI膜，因此首次充放電的效率相對較低，其不可逆容量比較大;（3）鋰離子電池負極中的碳材料，平臺電壓比較低，與金屬鋰相近，非常容易導(dǎo)致電解液被分解，造成安全隱患的出現(xiàn);（4）鋰離子在嵌入和脫出的過程中，電池整體體積的變化比較大，因此其整體循環(huán)穩(wěn)定性很難符合相關(guān)使用標準要求。

以碳材料相比，以鈦酸鋰材料作為電池的負極則能體現(xiàn)出非常多的優(yōu)勢，主要包括：（1）鈦酸鋰屬于一種零應(yīng)變材料，因此具有非常良好的循環(huán)性能;（2）其放電電壓較為平穩(wěn)，不會對電解液形成分解作用，使鋰電池整體安全性能得以提升;（3）鈦酸鋰材料比碳材料的鋰離子擴散系數(shù)更高，因此可以實現(xiàn)高倍率的充放電;（4）與金屬鋰相比，鈦酸鋰的電勢更高，通常不會導(dǎo)致鋰枝晶的出現(xiàn)，從而為電池整體使用性能和安全性提供保障。

2.2 缺點

（1）與其他類型鋰離子電池相比，其能量密度稍低;（2）對鈦酸鋰電池的應(yīng)用容易產(chǎn)生脹氣問題;（3）價格相對較高;（4）電池的一致性依然存在一定差異。

3 ?結(jié)語

總而言之，對鈦酸鋰電池技術(shù)的研究與應(yīng)用，能夠呈現(xiàn)出更加優(yōu)質(zhì)的使用效果，促進能源行業(yè)的發(fā)展，值得我們投入更多的人力、物力和財力對其形成更為深入的研究，進一步提高鈦酸鋰電池的能量密度，降低鈦酸鋰材料都成本，為國家能源缺乏和環(huán)境問題提供一個新的方向。

參考文獻

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