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            低溫26650 3300mAh
            低溫磷酸3.2V 20Ah
            低溫18650 3350mAh
            21年專注鋰電池定制

            鈦酸鋰電池優缺點,國內的鈦酸鋰電池質量怎么樣?

            鉅大LARGE  |  點擊量:14688次  |  2019年10月01日  

            摘要
            近年來,鈦酸鋰電池可謂是風頭出盡,特別是在得到董明珠的熱捧之后,一下子就從無人問津的草根,變成了聚光燈下的白富美。那么,如此神奇的鈦酸鋰電池究有何魅力,為何如今人們對他仍舊爭議頗多,今天賢集網小編就帶著大家一起去揭開鈦酸鋰電池的神秘面紗,一探鈦酸鋰電池優缺何在,順便談談目前國內的鈦酸鋰電池質量究竟怎樣。

            近年來,鈦酸鋰電池可謂是風頭出盡,特別是在得到董明珠的熱捧之后,一下子就從無人問津的草根,變成了聚光燈下的白富美。那么,如此神奇的鈦酸鋰電池究有何魅力,為何如今人們對他仍舊爭議頗多,今天賢集網小編就帶著大家一起去揭開鈦酸鋰電池的神秘面紗,一探鈦酸鋰電池優缺何在,順便談談目前國內的鈦酸鋰電池質量究竟怎樣。


            一、什么是鈦酸鋰電池


            鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負極材料-鈦酸鋰,可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。此外,它還可以用作正極,與金屬鋰或鋰合金負極組成1.5V的鋰二次電池。


            由于鈦酸鋰的高安全性、高穩定性、長壽命和綠色環保的特點。鈦酸鋰材料有望在未來幾年成為新一代鋰離子電池的負極材料而被廣泛應用在新能源汽車、電動摩托車和要求高安全性、高穩定性和長周期的應用領域。鈦酸鋰電池工作電壓2.4V,最高電壓3.0V,充電電流大于2C(即電池容量值的2倍的電流)。


            二、鈦酸鋰電池優缺點


            鈦酸鋰電池優點


            作為動力電池,消費者最關心的問題主要集中于安全穩定性、循環壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度這五大關鍵指標。在當前的技術條件下,只有各項性能指標均衡的電池,才能適應更廣泛的運行環境,并在確保用戶使用安全的同時,降低使用成本,提升使用效率,從而成為市場的主流。同傳統的錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池相比,鈦酸鋰電池在這些方面有著明顯的優勢。


            1、安全穩定性好。


            傳統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,其與電解液接觸發生反應會產生可燃性氣體,帶來安全隱患。鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的電勢高,不易產生鋰晶枝,放電電壓平穩,而且,因此提高了鋰電池的安全性能。曾有第三方機構對鈦酸鋰電池進行測試發現,在針刺、擠壓、短路等嚴苛測試下,不冒煙、不起火、不爆炸,安全性遠高于其他鋰電池。因此也有很多業內人士認為鈦酸鋰十分適合用在對電池穩定性要求極高的特種等領域。


            電動汽車的安全穩定性能是消費者最為關注的指標,無論續航里程多遠,如果不能解決安全問題,消費者開的不過是一輛裝著不定時炸彈的車子,而鈦酸鋰電池的超安全性能無疑將會受到消費者的青睞。


            2、快充性能優異。


            與碳負極材料相比,鈦酸鋰具有較高的鋰離子擴散系數,可高倍率充放電。在大大縮短充電時間的同時,對循環壽命的影響較小,熱穩定性也較強。據測試,最新技術研發的鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿,比傳統的電池有了質的飛躍。


            充電時間太長一直是電動汽車發展過程中難以跨越的障礙。一般采用慢充的純電動公交車,充電時間至少要4個小時以上,很多純電動乘用車的充電時間更是長達8個小時。電動車輛的快速充電是未來的趨勢,消費者不愿浪費太多時間在等待充電這個環節。


            3、循環壽命長。


            電池循環壽命決定整個新能源車的性價比,是未來新能源車脫離補貼政策后的主要競爭點。汽車電池循環壽命的延長,讓消費者能夠買得起、養得起。


            其他的傳統鋰離子電池,比如磷酸鐵鋰電池,在使用過程中會出現容量大幅衰減、壽命縮短的問題,不僅影響了用戶的正常使用,還增加了電池更換成本。這種不佳的使用體驗,很可能讓消費者對電動汽車望而卻步,從而不利于新能源汽車行業的可持續發展。鈦酸鋰電池則很好地解決了這些問題。


            鈦酸鋰電池在充放電時,鋰離子嵌入和脫嵌不會造成鈦酸鋰晶型結構的變化,因此對鈦酸鋰材料的結構幾乎沒有影響。正因如此,鈦酸鋰也被稱為“零應變材料”。鈦酸鋰電池與當前“慢充最多使用5年、快充最多使用2年”的磷酸鐵鋰電池相比,優勢十分突出。根據試驗數據測定,普通電池循環使用壽命平均為3000次,而鈦酸鋰電池完全充放電循環次數可達3萬次以上,在作為動力電池使用10年之后,可能還能作為儲能電池再用20年。這也意味著,鈦酸鋰電池可以做到與車輛同生命周期,用戶在實際使用中不用更換電池,幾乎不增加后期成本。


            4、耐寬溫性能良好。


            鈦酸鋰電池的尖晶石結構具有三維鋰離子擴散通道,因此鈦酸鋰電池在高低溫性能上的表現也十分優異。一般電動汽車在零下10℃時充放電就會出現問題,鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好,耐用性強,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,車輛都不會因電池“休克”而影響工作,消除了用戶的后顧之憂。


            鈦酸鋰電池的這些優勢,能大幅節省充電站場地建設和人員配置成本等,更適合在公交領域的推廣應用,而公交系統正是我國新能源客車推廣應用的“主戰場”。來自目前推廣應用新能源車比例最高的公交市場的反饋顯示,快充方式更加適合當前公交市場的實際需求。河北邯鄲一家公交企業應用鈦酸鋰電池的新能源公交車運營已有兩年多時間,其相關負責人的體會是:“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>

            鈦酸鋰電池缺點:


            1、比容量比其他的金屬基材料低很多。理論容量175mAh/g。


            鈦酸鋰電池優勢明顯,其不足之處也很明顯,比如能量密度相對較低,續航能力弱。經測試,鈦酸鋰的克容量為160-170mAh/g,只有傳統石墨負極材料的一半,對鋰電位為1.5V,這會極大損失能量密度。


            2、導電性差,大電流放電極化比較嚴重,因而高倍率下性能不佳。


            3、作為電池材料其振實密度比較低,單位體積的容量較小。


            4、鋰元素的利用率低,電池成本過高。


            鋰電池的充放電靠鋰離子來回遷移完成,不同電池體系的鋰電池每安時消耗的鋰元素是一樣的,所以電池體系能量密度越高,鋰元素的利用率越高,而鈦酸鋰電池的能量密度不到磷酸鐵鋰電池的一半,其鋰元素的利用率也不到磷酸鐵鋰電池的一半,這不僅造成了鋰資源的嚴重浪費,也導致鈦酸鋰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電池裝車時的用量,這是該技術路線的客觀短板。


            三、國內的鈦酸鋰電池質量怎么樣


            國內目前在鈦酸鋰電池生產方面已有多家,如湖州微宏、珠海銀隆、深圳博磊達、天津市捷威動力工業有限公司、四川興能、中信國安盟固利電源技術有限公司、湖南杉杉及安徽和深圳周邊的多家規模較小的鈦酸鋰電池生產廠家。


            湖州微宏自2006年成立以來一直致力于鈦酸鋰技術開發。公司對其鈦酸鋰電池生產需要的鈦酸鋰材料、隔膜、電解液以及正極材料進行了垂直整合。近年來為了適應市場需求,湖州微宏具備了日產8萬只10Ah的鈦酸鋰電池產品的產能以及2倍于的鈦酸鋰電池的多元正極鋰電池產品的產能。


            截至2014年底,湖州微宏的10分鐘快速充電電池系統已裝備了超過3000輛混合動力為主的電動大巴,主要銷往英國、荷蘭及中國重慶等地。在儲能市場方面,湖州微宏分別在美國的佛蒙特州及中國重慶安裝了用于電網調頻及電網需求管理的鈦酸鋰電池儲能系統。


            珠海銀隆目前量產的鈦酸鋰電池產品有20Ah和65Ah軟包電池以及25Ah、30Ah和55Ah圓柱電池,性能指標已達到美國奧鈦生產的鈦酸鋰電池。電池100%DOD的循環次數超過16000次,10%DOD則達到160萬次。這幾款電池均已通過北方汽車質量監督檢驗鑒定試驗所(201所)的第三方檢測。


            在應用方面,銀隆新型純電動公交車使用了圓柱形、壽命長、充放電快的鈦酸鋰電池,續航里程可達30~80km,快速充電只需6~10分鐘,也可用夜間谷電慢充30~60分鐘充滿。該系列車型已經成功地投放于廣東湛江、河北邯鄲、石家莊等地公交系統。


            銀隆專為北京公交設計開發的仿古鐺鐺車于2014年9月投入商業化運營。該車還被指定為北京APEC會議的官方指定用車。在儲能市場,銀隆分別與國家電網和南方電網合作承擔了儲能方面的863國家項目,為張北風光儲輸示范站和深圳寶清電池儲能站分別提供了2個2MWh和1個600kWh鈦酸鋰系統的部分模塊、電池箱設計以及系統解決方案。


            深圳博磊達通過獨特的材料處理方法,可以制備得到性能良好的Li4Ti5O12材料,并通過技術攻關項目,從鈦酸鋰電池的生產工藝提升出發,高性能Li4Ti5O12的設計和制備已經取得重大進展,目前量產的產品有17Ah、20Ah和25Ah圓柱電池,解決了鈦酸鋰電池容易脹氣的問題,獲得了高性能的鈦酸鋰電池產品,并取得了權威的第三方檢測報告。


            博磊達公司從高功率Li4Ti5O12電極材料設計入手,研究Li4Ti5O12材料界面副反應揭示產氣機理和解決機制對Li4Ti5O12電極材料在動力電池中的規?;瘧貌⑷〉昧酥卮笸黄?。


            天津捷威得到了美國奧鈦的鈦酸鋰電池生產技術轉讓,并結合自己多年來在聚合物軟包動力電池生產方面的技術積累而獨居特色。公司成功地突破了脹氣難題,已具備批量生產大規格單體鈦酸鋰電池的技術及能力,電池容量達到60Ah,累計出貨量為2000萬Ah。


            該電池可以承受10C以上連續充放電,壽命達到2萬次以上,溫度范圍為-40~60℃,主要應用于快充大巴和調頻的儲能電站。


            鈦酸鋰電池技術開發難點及其發展方向


            1、在中國發展鈦酸鋰電池技術的理由


            鈦酸鋰電池技術在我國各種儲能電池中的競爭應該占有天時、地利、人和之優勢。光就使用壽命而言,鈦酸鋰電池超長的循環壽命遠勝于各類鉛酸電池;其效率、成本及電化學性能更是優于鈉硫與液流釩等電池體系。


            鋰電產品歷年來主要市場是便攜式電器如手機和手提電腦等。中國的手機與手提電腦的用量雖大,但大部分都不屬國內品牌。所以國內鋰電廠家在便攜式電器上的鋰電銷售能力輸于日韓產品。


            然而,鈦酸鋰技術的適用市場卻是混合電動車、特殊工業應用及儲能應用如調頻及電網電壓支撐等。這些市場在全世界尚處于起步階段,誰執牛耳尚未可知。鈦酸鋰技術有望成為這些市場中的佼佼者。


            中國人口基數占全世界約1/5。由于人口眾多,中國的電動車、儲能及工業應用市場是一個讓許多國家的跨國公司所垂涎的巨大市場。近年來中國政府對電動車及儲能產業的發展高度重視,各類國家鼓勵政策紛紛出臺。中國產的鈦酸鋰電池系統在重慶及歐洲的混合電動大巴、張北的風光儲示范站及深圳寶清儲能電站已有了幾年的商業化應用數據積累。


            另外,我國鋰電產業鏈的上下游早已成氣候,除了完備的電池材料供應與設備制造能力之外,鋰電池產品的生產能力也與日、韓三分天下。這就使得我國的鋰電生產廠家從傳統鋰電生產轉型到鈦酸鋰電池產品生產具備了先天的條件。


            我國在鈦酸鋰材料生產方面早已有了像四川興能、珠海銀隆、湖州微宏等既有實力又有經驗的企業。在鈦酸鋰電池生產方面脫穎而出的代表企業有湖州微宏、珠海銀隆、深圳博磊達、天津捷威等。


            這些企業都已經在國內外電動車及儲能市場初步建立了自己的銷售渠道。尤其值得指出的是深圳博磊達擁有從材料生產到電池制作及系統集成一系列專有技術與知識產權,目前中國鋰電界尚屬少見的擁有自主知識產權的生產廠家。


            2、鈦酸鋰材料、電池及電池組制作的瓶頸


            既然鈦酸鋰電池技術有諸多其他鋰電無法比擬的優越性,那為何至今為止在中國能源行業乃至世界能源領域應用寥寥呢?原因有以下3個方面:


            ①鈦酸鋰材料生產鈦酸鋰材料的生產從原則上說并不復雜。但要用作鋰離子電池的負極材料,不但需要講究材料具有合適的比表面積、粒度、密度和電化學性能等,還必須能夠適應于大規模鋰電池的生產工藝。鈦酸鋰材料在很多傳統鋰電生產線上無法正常生產的原因之一就是材料的pH為11或12,吸濕性極強。


            ②鈦酸鋰電池制作在事實上,將常規鋰離子電池生產線直接用來生產鈦酸鋰電池產品并不像僅僅把石墨換成鈦酸鋰材料那樣簡單。因為鈦酸鋰材料對濕度的要求比常規鋰離子電池生產要高得多。為了控制濕度,有些制備工藝需要做相應的調整以適應鈦酸鋰電池產品生產的特殊要求。另外,有些生產設備也需要做相應的改進。如果有條件的話,最好能專門為鈦酸鋰電池產品重新設計一條結構緊湊、體積小巧、全封閉式的自動化生產線。


            ③鈦酸鋰電池組與常規鋰離子電池不同,目前國內外生產的鈦酸鋰電池在成組投入應用一段時期后常會看到軟包的單體電池內有微量的氣體產生。這些氣體與新鮮電池化成時產生的氣體不同。前者能夠通過電池生產工藝來去除。但后者則是在電池使用過程中產生的,或者說在目前的工藝條件下很難避免。


            筆者認為,研究循環時氣體產生的化學反應機理應該不失為一個很好的科研題目。另外,由于鈦酸鋰電池技術的優越性之一是其高功率性能。雖然電池本身可以承受大電流充放電,但厚的單體電池仍然不適于高功率應用因為電池太厚會造成大電流產生的熱量難以散發。所以對大功率鈦酸鋰電池來說,尺寸大而薄的軟包電池結構仍不失為一個合理的選擇。


            3、鈦酸鋰技術的今后發展方向


            最后,在此有必要綜合概括一下鈦酸鋰材料作為鋰電負極的優劣勢,優勢:超高安全性、超長壽命、高低溫工作范圍寬、高功率、低成本以及綠色環保。劣勢:鈦酸鋰材料能量密度低、吸水性強,電池制作的環境要求高、生產工藝要做相應的更新、新工藝需要投資必要的設備與更高要求的濕度控制、以及鈦酸鋰電池的應用市場尚未充分打開。


            結語


            在當前中國政府大力倡導開發新能源及其相關產業的大環境下,如何推動鈦酸鋰電池技術及其在電動車和儲能市場上的應用對中國鈦酸鋰電池產業而言是機不可失,時不再來。對于國內的珠海銀隆、湖州微宏、深圳博磊達、四川興能、深圳貝特瑞等擁有一部分自主知識產權的優勢及銷售渠道的企業應該是得天獨厚的機會。很多人沒有意識到中國在鈦酸鋰技術方面的知識產權優勢是目前以磷酸鐵鋰電池為主的所謂“主流化學”所不具備的。


            開發高容量高電位正極材料以提高鈦酸鋰電池的能量密度是趕超日韓的一步妙棋。當然,同時必須對整個鋰離子電池化學體系進行研究,如高電位電解液和抗氧化隔膜等課題研究。中國鋰電行業開發鈦酸鋰電池技術的努力將會得到正在崛起的電動車、儲能及工業應用市場可觀的回報。


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