近日，一場關(guān)于鈦酸鋰電池的研討會在無錫閉幕。業(yè)界對鈦酸鋰的熱情超乎想象，與會嘉賓對多項議題進(jìn)行了充分、深入探討，參會者紛紛表示受益匪淺。筆者梳理了多位演講嘉賓的發(fā)言內(nèi)容，從中可以一窺鈦酸鋰電池的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及業(yè)內(nèi)對關(guān)鍵問題的看法。

鈦酸鋰電池性能研究最新進(jìn)展

儲能被認(rèn)為是新能源的下一個風(fēng)口，鈦酸鋰電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用被人們寄予厚望。中國電力科學(xué)研究院院長來小康在報告中分享了他們團隊在鈦酸鋰儲能電池重構(gòu)技術(shù)、評測技術(shù)以及系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的攻關(guān)與應(yīng)用經(jīng)驗。他們通過研究發(fā)現(xiàn)，鈦酸鋰電池壽命受日歷時間影響較大，目前主要進(jìn)行循環(huán)壽命與加速老化，接下需要尋找日歷時間與加速老化的關(guān)系，對現(xiàn)有的電化學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化，與未來更細(xì)化的邊界條件結(jié)合，提高鋰離子儲能電池加速評價方法的精度。

較快的充電速度和較長的使用壽命是人們對動力電池不變的期待。微宏動力系統(tǒng)(湖州)有限公司(以下簡稱“微宏動力”)技術(shù)副總裁劉文娟介紹了公司動力電池的研發(fā)進(jìn)展情況。微宏動力產(chǎn)品路線圖顯示，公司研發(fā)的電池技術(shù)經(jīng)歷了“LPTO—LPCO—MPCO”的演變，其中，LPTO電池充電倍率達(dá)到6C，循環(huán)壽命達(dá)到25000次;LPCO電池能量密度為120~140Wh/kg，充電倍率為4C，循環(huán)壽命達(dá)10000次以上，且可在-30℃環(huán)境下啟動;2017年研發(fā)的MPCO電池，質(zhì)量能量密度達(dá)到170Wh/kg，體積能量密度達(dá)到300Wh/L，充電倍率達(dá)到4C，循環(huán)壽命達(dá)到7000次以上，這款電芯已經(jīng)計劃裝載到出租車上。

天津捷威動力工業(yè)有限公司(以下簡稱“捷威動力”)針對48Ah高能鈦酸鋰電池展開了研發(fā)，目前該產(chǎn)品在1C充電情況下，能量密度滿足115Wh/kg;6C情況下，恒流充入比達(dá)到84%，6C放電容量保持率達(dá)到95%，且-20℃放電容量保持率達(dá)到77%。捷威動力技術(shù)總監(jiān)王馳偉表示，公司預(yù)計于2017年底完成120Wh/kg產(chǎn)品的開發(fā)。對于鈦酸鋰電池來說，這一能量密度著實不低，在會上也引起熱議。

天津大學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系唐致遠(yuǎn)教授團隊研發(fā)出圓柱型超大容量單體400Ah鈦酸鋰/磷酸鐵鋰電池。該電池首次采用熱穩(wěn)定性良好的磷酸鐵鋰為正極材料，以“零應(yīng)變”的鈦酸鋰為負(fù)極材料，從動力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計出發(fā)，解決了電池內(nèi)部散熱、電流密度分配與電池超大容量和高動力性之間的矛盾關(guān)系，保證了電池的安全性和循環(huán)壽命(800次以上)。此外，該團隊設(shè)計了新穎的不銹鋼外殼，成本更低，電池的耐壓、抗沖擊等實用性能較強。據(jù)了解，該項目獲得已授權(quán)的國家發(fā)明專利已達(dá)十多項，除了民用之外，在特種航天、特種等領(lǐng)域均有著廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

鈦酸鋰電池材料創(chuàng)新

鈦基負(fù)極材料：復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系新能源研究院夏永姚教授團隊研發(fā)出一種新型鋰離子電池負(fù)極材料——Li2TiSi5，這種鈦基負(fù)極材料填補了現(xiàn)有的商業(yè)化鋰離子電池用碳與鈦酸鋰負(fù)極材料之間的空白，具有一定的應(yīng)用前景。

“零應(yīng)變”材料Li4Ti5O12雖然避免了石墨負(fù)極枝晶產(chǎn)生的問題，但其較低的理論容量(160mAh/g)和過高的嵌鋰電位(相對于金屬鋰要1.5V),造成電池的能量密度較低。為了確保電池的安全性與高能量密度，研發(fā)具有相對較大容量和嵌鋰電位低于1V但不接近Li沉積電位的新負(fù)極材料成為當(dāng)務(wù)之急。夏永姚教授科研團隊研發(fā)的新型鈦基負(fù)極材料Li2TiSiO5，不僅具有較大的容量(308mA/g)，而且嵌鋰電位相對較低(約0.28V，vs.Li+/Li)，對鈦酸鋰電池的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

高性能微納負(fù)極材料：深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司(以下簡稱“貝特瑞”)對鈦酸鋰產(chǎn)品的開發(fā)較早，貝特瑞研究院院長任建國表示，公司微納結(jié)構(gòu)第II代產(chǎn)品(LTO-2S)優(yōu)化了空隙分布，采取球型設(shè)計，有利于提高振實和壓實。這種微納負(fù)極材料主要應(yīng)用于“超電”，已于2016年成功量產(chǎn)。據(jù)電池中國網(wǎng)了解，貝特瑞第III代產(chǎn)品(LTO-3S)于2017年開始研發(fā)。

石墨烯復(fù)合鈦酸鋰負(fù)極材料：針對鈦酸鋰電池導(dǎo)電性差、鋰擴散系數(shù)不高、低能量密度等問題，天津普蘭能源科技有限公司研發(fā)出石墨烯復(fù)合鈦酸鋰負(fù)極材料，以該材料作為負(fù)極的電池安全性好，循環(huán)壽命長，體積應(yīng)變小，有著較高的SOC利用率。

改性鈦酸鋰材料：山東玉皇新能源科技有限公司研發(fā)出改性鈦酸鋰材料，用于制造高性能電池。公司通過碳氮導(dǎo)電層修飾、離子摻雜，提高電子導(dǎo)電率;通過對納米氧化物/氮化物進(jìn)行表面修飾，提高比容量。在循環(huán)方面，1C狀態(tài)下的比容量達(dá)174.2mAh/g，循環(huán)1100周容量保持率為90.4%;倍率方面，10C比容量約為120mAh/g;恒流15C快充(約3.5min)，充進(jìn)約90%的額定容量。

對產(chǎn)氣問題的探討

天津市捷威動力工業(yè)有限公司董事長郭春泰表示，鈦酸鋰電池有幾大難題：能量密度低，制造困難，成本高。其中，產(chǎn)氣是鈦酸鋰電池制造和使用過程中的一個老大難問題，如果控制不好，會在一定程度上影響電池的安全性能。

至于產(chǎn)氣的原因，清華大學(xué)深圳研究生院賀艷兵副教授認(rèn)為，鈦酸鋰和電解液溶劑之間的本征界面反應(yīng)是電池產(chǎn)氣的主要原因，產(chǎn)生的氣體主要有氫氣、一氧化碳和二氧化碳等。

那么，我們該如何看待鈦酸鋰電池產(chǎn)氣問題?中國科學(xué)院成都有機化學(xué)研究所研究員范未峰比較樂觀，他將產(chǎn)氣問題是否影響到動力電池的應(yīng)用作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。他舉例說，循環(huán)次數(shù)在10000次以內(nèi)的動力電池，受到產(chǎn)氣的影響很小;在生產(chǎn)中，有些企業(yè)在軟包電池上留一個小氣囊，可為產(chǎn)生的氣體留一個空間。因此，范未峰認(rèn)為產(chǎn)氣問題對鈦酸鋰電池幾乎不構(gòu)成影響。

銀隆新能源電池研究院研發(fā)部經(jīng)理詹世英認(rèn)為，產(chǎn)氣問題是所有鋰電池都有的一個化學(xué)問題，其解決的關(guān)鍵在于材料和生產(chǎn)工藝。

賀艷兵團隊的解決方案是，在鈦酸鋰和電解液界面之間建立隔絕層(如鈦酸鋰表面構(gòu)建納米碳包覆層)，協(xié)同隔絕層上形成的SEI膜，可明顯抑制鈦酸鋰/電解液的界面反應(yīng)，同時還提高了鈦酸鋰的循環(huán)穩(wěn)定性。他們針對性地開發(fā)出了兼具高密度、高倍率和長循環(huán)性能的無脹氣納米級、亞納米級和微米級致密結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰材料。

微宏動力對鈦酸鋰電池負(fù)極材料做了改進(jìn)，同時調(diào)整電解液配方和生產(chǎn)工藝，因此其生產(chǎn)的軟包LPTO電池具備了較高的安全性;捷威動力采取高電位強制成膜的措施來解決;天津普蘭能源科技有限公司的做法也是減少或阻隔反應(yīng)活性點。

此外，針對產(chǎn)氣及安全問題，臺灣工業(yè)技術(shù)研究院產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟與趨勢研究中心資深產(chǎn)業(yè)分析師呂學(xué)隆認(rèn)為，用方型電池比軟包電池更安全。山東玉皇新能源科技有限公司首席科學(xué)家薛嘉漁強調(diào)，電池安全是一項系統(tǒng)性工程，并非僅僅是一兩種材料的問題。盡管鈦酸鋰電池存在產(chǎn)氣問題，他依然認(rèn)為鈦酸鋰電池是目前最安全的一種電池。

同時，部分嘉賓也針對鈦酸鋰顆粒大小問題發(fā)表了自己的見解。最初，業(yè)內(nèi)認(rèn)為鈦酸鋰顆粒越小越好，均把技術(shù)重心放在鈦酸鋰的顆粒細(xì)化上;后來經(jīng)過生產(chǎn)實踐逐步發(fā)現(xiàn)，顆粒并非越小越好：越細(xì)的顆粒，可能會帶來越多的副反應(yīng)。這一觀點目前已成為業(yè)內(nèi)共識，也印證了鈦酸鋰技術(shù)發(fā)展的曲折之路。

鈦酸鋰電池前路依然會有坎坷，但方向終歸是向前。業(yè)界企業(yè)和研究機構(gòu)對鈦酸鋰電池技術(shù)發(fā)展所做的努力，將推動鈦酸鋰電池不斷向前發(fā)展。