鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：755次 | 2021年12月01日
鈦酸鋰離子電池的“美中不足”
今年，由于董明珠的力捧，鈦酸鋰離子電池一下子站到了耀眼的聚光燈下，從過去不被多數(shù)人熟知到短時(shí)間的“光環(huán)加身”，鈦酸鋰離子電池可謂“風(fēng)頭出盡”。然而，人們對(duì)鈦酸鋰離子電池的不同看法卻也引起了不少的爭(zhēng)議，爭(zhēng)議的焦點(diǎn)重要集中于“鈦酸鋰離子電池未來是否會(huì)成為電池的主流”。
比亞迪董事長(zhǎng)王傳福曾表示，鈦酸鋰離子電池雖然在一些局部地區(qū)，特別是極低溫度下面存在一定市場(chǎng)，但并不是如某些人所說的那么好，它還要“苦練內(nèi)功”；寧德時(shí)代總裁黃世霖也曾向記者表示，鈦酸鋰離子電池能量密度相比較較低，將來不會(huì)太主流。
此外，其他持否定觀點(diǎn)的人表示，碳負(fù)極快充電池技術(shù)發(fā)展很快，能量密度高，且成本低，未來將會(huì)成為主流電池技術(shù)，鈦酸鋰離子電池“沒有前途”。
鈦酸鋰離子電池的支持者則表示，沒有一種動(dòng)力鋰離子電池是完美的，“主流”二字只不過是被時(shí)代所扣的一頂帽子，并不是判斷公司好壞的標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)才是“試金石”，不妨給新技術(shù)一些時(shí)間和尊重，用事實(shí)說話，才是檢驗(yàn)事物對(duì)錯(cuò)的標(biāo)準(zhǔn)。
那么，頻引爭(zhēng)議的鈦酸鋰離子電池究竟為何物？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
認(rèn)識(shí)鈦酸鋰離子電池
根據(jù)有關(guān)專家的解讀，鈦酸鋰本身并不能供應(yīng)鋰源，因此只能與含有鋰的電極材料搭配使用。鈦酸鋰作為正極時(shí)，負(fù)極只能是金屬鋰或鋰合金，此時(shí)電池的電壓約為1．5V左右。鈦酸鋰作為負(fù)極和LiCoO2、LiMn2O4等正極材料可組成電壓為3V左右的電池。
盡管鈦酸鋰既可以作負(fù)極又可以作正極使用，但由于相對(duì)Li＋／Li的電位為1．5V，因此作為正極材料進(jìn)行研究和應(yīng)用并不多。因此，我們平時(shí)說的鈦酸鋰離子電池，一般是指由鈦酸鋰做負(fù)極的動(dòng)力鋰或儲(chǔ)能電池。
鈦酸鋰離子電池有什么優(yōu)勢(shì)
作為動(dòng)力鋰離子電池，消費(fèi)者最關(guān)心的問題重要集中于安全穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度這五大關(guān)鍵指標(biāo)。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，只有各項(xiàng)性能指標(biāo)均衡的電池，才能適應(yīng)更廣泛的運(yùn)行環(huán)境，并在確保用戶使用安全的同時(shí)，降低使用成本，提升使用效率，從而成為市場(chǎng)的主流。同傳統(tǒng)的錳酸鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池相比，鈦酸鋰離子電池在這些方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
1、安全穩(wěn)定性好。
傳統(tǒng)的碳電極在嵌鋰之后一旦過充，電極的表面容易析出金屬鋰，其與電解液接觸發(fā)生反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)可燃性氣體，帶來安全隱患。鈦酸鋰的電勢(shì)比純金屬鋰的電勢(shì)高，不易出現(xiàn)鋰晶枝，放電電壓平穩(wěn)，而且，因此提高了鋰離子電池的安全性能。曾有第三方機(jī)構(gòu)對(duì)鈦酸鋰離子電池進(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)高于其他鋰離子電池。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)定性要求極高的等領(lǐng)域。
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)，無論續(xù)航里程多遠(yuǎn)，假如不能解決安全問題，消費(fèi)者開的不過是一輛裝著不按時(shí)炸彈的車子，而鈦酸鋰離子電池的超安全性能無疑將會(huì)受到消費(fèi)者的青睞。
2、快充性能優(yōu)異。
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。在大大縮短充電時(shí)間的同時(shí)，對(duì)循環(huán)壽命的影響較小，熱穩(wěn)定性也較強(qiáng)。據(jù)測(cè)試，最新技術(shù)研發(fā)的鈦酸鋰離子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(shí)間太長(zhǎng)一直是電動(dòng)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(dòng)公交車，充電時(shí)間至少要4個(gè)小時(shí)以上，很多純電動(dòng)乘用車的充電時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)8個(gè)小時(shí)。電動(dòng)汽車輛的快速充電是未來的趨勢(shì)，消費(fèi)者不愿浪費(fèi)太多時(shí)間在等待充電這個(gè)環(huán)節(jié)。
3、循環(huán)壽命長(zhǎng)。
電池循環(huán)壽命決定整個(gè)新能源車的性價(jià)比，是未來新能源車脫離補(bǔ)貼政策后的重要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。汽車電池循環(huán)壽命的延長(zhǎng)，讓消費(fèi)者能夠買得起、養(yǎng)得起。
其他的傳統(tǒng)鋰離子電池，比如磷酸鐵鋰離子電池，在使用過程中會(huì)出現(xiàn)容量大幅衰減、壽命縮短的問題，不僅影響了用戶的正常使用，還新增了電池更換成本。這種不佳的使用體驗(yàn)，很可能讓消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車望而卻步，從而不利于新能源汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鈦酸鋰離子電池則很好地解決了這些問題。
鈦酸鋰離子電池在充放電時(shí)，鋰離子嵌入和脫嵌不會(huì)造成鈦酸鋰晶型結(jié)構(gòu)的變化，因此對(duì)鈦酸鋰材料的結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。正因如此，鈦酸鋰也被稱為“零應(yīng)變材料”。鈦酸鋰離子電池與當(dāng)前“慢充最多使用5年、快充最多使用2年”的磷酸鐵鋰離子電池相比，優(yōu)勢(shì)十分突出。根據(jù)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，而鈦酸鋰離子電池完全充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)3萬次以上，在作為動(dòng)力鋰離子電池使用10年之后，可能還能作為儲(chǔ)能電池再用20年。這也意味著，鈦酸鋰離子電池可以做到與車輛同生命周期，用戶在實(shí)際使用中不用更換電池，幾乎不新增后期成本。
4、耐寬溫性能良好。
鈦酸鋰離子電池的尖晶石結(jié)構(gòu)具有三維鋰離子擴(kuò)散通道，因此鈦酸鋰離子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℃時(shí)充放電就會(huì)出現(xiàn)問題，鈦酸鋰離子電池耐寬溫性能良好，耐用性強(qiáng)，在零下50℃到零上60℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國，還是在炎熱的南方，車輛都不會(huì)因電池“休克”而影響工作，消除了用戶的后顧之憂。
鈦酸鋰離子電池的這些優(yōu)勢(shì)，能大幅節(jié)省充電站場(chǎng)地建設(shè)和人員配置成本等，更適合在公交領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，而公交系統(tǒng)正是我國新能源客車推廣應(yīng)用的“主戰(zhàn)場(chǎng)”。來自目前推廣應(yīng)用新能源車比例最高的公交市場(chǎng)的反饋顯示，快充方式更加適合當(dāng)前公交市場(chǎng)的實(shí)際需求。河北邯鄲一家公交公司應(yīng)用鈦酸鋰離子電池的新能源公交車運(yùn)營已有兩年多時(shí)間，其相關(guān)負(fù)責(zé)人的體會(huì)是：“一輛車快充6－10分鐘就可以充滿，駕駛員換班休息的間隙就能充好?！?/p>
鈦酸鋰離子電池的“美中不足”
鈦酸鋰離子電池優(yōu)勢(shì)明顯，其不足之處也很明顯，比如能量密度相對(duì)較低，續(xù)航能力弱。經(jīng)測(cè)試，鈦酸鋰的克容量為160－170mAh／g，只有傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料的一半，對(duì)鋰電位為1．5V，這會(huì)極大損失能量密度。
鋰離子電池的充放電靠鋰離子來回遷移完成，不同電池體系的鋰離子電池每安時(shí)消耗的鋰元素是相同的，所以電池體系能量密度越高，鋰元素的利用率越高，而鈦酸鋰離子電池的能量密度不到磷酸鐵鋰離子電池的一半，其鋰元素的利用率也不到磷酸鐵鋰離子電池的一半，這不僅造成了鋰資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，也導(dǎo)致鈦酸鋰離子電池物料成本居高不下。此外，鈦的成本較高，鈦酸鋰工藝等問題也亟需解決。目前三元－鈦酸鋰離子電池的成本大約是三元－石墨電池的2－3倍，高昂的成本限制了鈦酸鋰離子電池裝車時(shí)的用量，這是該技術(shù)路線的客觀短板。
鈦酸鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀
盡管鈦酸鋰離子電池還存在一些不足，但它在安全性能、充放電以及循環(huán)壽命等方面的顯著優(yōu)勢(shì)，直指當(dāng)今市面上其它類型動(dòng)力鋰離子電池的痛點(diǎn)。目前，國內(nèi)從事研發(fā)鈦酸鋰離子電池的公司有銀隆、微宏動(dòng)力等，隨著這些公司對(duì)鈦酸鋰研發(fā)力度的加大，一些技術(shù)難題也將會(huì)被陸續(xù)突破。
據(jù)了解，已掌握鈦酸鋰核心技術(shù)的銀隆，其所研發(fā)的第四代高能量密度鈦酸鋰離子電池，與第三代相比成本下降40％，能量密度提高60％。銀隆還掌握了氫鈦研發(fā)這一核心技術(shù)，該技術(shù)將有效解決電池能量密度的問題，目前，銀隆不僅在北京、石家莊、邯鄲、珠海等國內(nèi)30多個(gè)城市實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的成功運(yùn)營，還順利進(jìn)入了美國、德國、法國等海外市場(chǎng)。2015年，銀隆全年銷售訂單近7000輛。據(jù)了解，未來銀隆還將通過鈦酸鋰離子電池和燃料動(dòng)力鋰電池的結(jié)合，解決新能源汽車?yán)m(xù)航里程短的難題。
微宏動(dòng)力多年來也一直專注于鋰離子動(dòng)力鋰離子電池核心材料的研發(fā)，并將鈦酸鋰離子電池的研發(fā)作為其重要戰(zhàn)略方向。2011年，微宏動(dòng)力投入了國內(nèi)第一條快充公交線路，到2015年實(shí)現(xiàn)年銷售額15億元。經(jīng)過多年研究，微宏動(dòng)力選擇了能承受快充大電流、具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰多孔復(fù)合碳做負(fù)極材料，在2013年公布了第二代快充電池LpCO鋰離子電池，為了防止快充時(shí)高功率電流對(duì)電池安全性造成的威脅，結(jié)合了不燃燒電解液、高孔隙率高透氣性隔膜技術(shù)以及STL智能熱控流體技術(shù)，來提升充電的安全性。2016年六月九日，在由英國《金融時(shí)報(bào)》舉辦的“轉(zhuǎn)型創(chuàng)新商業(yè)獎(jiǎng)”的頒獎(jiǎng)典禮上，微宏動(dòng)力榮獲了“低碳城市轉(zhuǎn)型創(chuàng)新成就獎(jiǎng)”及“轉(zhuǎn)型創(chuàng)新商業(yè)卓越獎(jiǎng)”，成為入選該典禮的唯一一家我國公司。
盡管外界對(duì)鈦酸鋰離子電池的爭(zhēng)論仍未停止，但爭(zhēng)議并非壞事。讓不同的聲音充分表達(dá)出來，真理才能越辯越明。盡管對(duì)鈦酸鋰離子電池的爭(zhēng)議在某種程度上會(huì)影響市場(chǎng)和消費(fèi)者對(duì)鈦酸鋰離子電池的信心，也可能會(huì)影響投資決定，但從鈦酸鋰離子電池所具備的五大優(yōu)勢(shì)、未來鈦酸鋰離子電池技術(shù)方面的持續(xù)突破，以及銀隆、微宏動(dòng)力等公司在鈦酸鋰配套汽車方面的運(yùn)營相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以判斷，未來鈦酸鋰離子電池或?qū)?huì)成為新能源汽車電池技術(shù)的一股“有生力量”。
