鉅大LARGE | 點擊量:1222次 | 2019年08月26日
一文看懂鈦酸鋰電池技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展狀況及發(fā)展方向
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(wěn)定性、長壽命和綠色環(huán)保的特點。
二、鈦酸鋰電池的組成
負極:鈦酸鋰材料。
隔膜:以碳作負極的鋰電池隔膜。
電解液:以碳作負極的鋰電池電解液。
電池殼:以碳作負極的鋰電池殼。
三、鈦酸鋰電池的優(yōu)缺點優(yōu)點:
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)生反應會產(chǎn)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(chǎn)生鋰晶枝,放電電壓平穩(wěn),而且,因此提高了鋰電池的安全性能。曾有第三方機構(gòu)對鈦酸鋰電池進行測試發(fā)現(xiàn),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(yè)內(nèi)人士認為鈦酸鋰十分適合用在對電池穩(wěn)定性要求極高的特種等領(lǐng)域。
2、快充性能優(yōu)異
與碳負極材料相比,鈦酸鋰具有較高的鋰離子擴散系數(shù),可高倍率充放電。在大大縮短充電時間的同時,對循環(huán)壽命的影響較小,熱穩(wěn)定性也較強。據(jù)測試,最新技術(shù)研發(fā)的鈦酸鋰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。
充電時間太長一直是電動汽車發(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(huán)節(jié)。
3、循環(huán)壽命長
電池循環(huán)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(huán)壽命的延長,讓消費者能夠買得起、養(yǎng)得起。
4、耐寬溫性能良好
鈦酸鋰電池的尖晶石結(jié)構(gòu)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(xiàn)也十分優(yōu)異。一般電動汽車在零下10℃時充放電就會出現(xiàn)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。
缺點:
1、相對其他類型的鋰離子動力電池能量密度會低一些。
2、脹氣問題一直阻礙著鈦酸鋰電池的應用。
3、相對其他類型的鋰離子動力電池價格偏高。
4、電池一致性仍存在差異,隨著充放電次數(shù)的增加電池一致性差異會逐漸增大。
四、鈦酸鋰電池技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展狀況
近10多年來,國內(nèi)外對鈦酸鋰電池技術(shù)的研究可謂是風起云涌。其產(chǎn)業(yè)鏈可分為鈦酸鋰材料制備、鈦酸鋰電池生產(chǎn)與鈦酸鋰電池系統(tǒng)的集成及其在電動車及儲能市場的應用。
1、鈦酸鋰材料
國際上對鈦酸鋰材料研究及產(chǎn)業(yè)化方面比較領(lǐng)先的有美國奧鈦納米科技公司、日本石原產(chǎn)業(yè)株式會社、英國莊信萬豐公司等。其中美國奧鈦生產(chǎn)的鈦酸鋰材料無論在倍率、安全性、長壽命及高低溫等方面性能優(yōu)異。但是由于生產(chǎn)方法過于冗長精細導致生產(chǎn)成本偏高,使其在商業(yè)化推廣上難度較大。
石原產(chǎn)業(yè)是亞洲最大的鈦***制造商之一,公司在日本、新加坡、臺灣均有生產(chǎn)基地。石原產(chǎn)業(yè)充分利用其充沛的原材料資源,以濕法工藝成功地開發(fā)了多款低成本、高倍率、不同顆粒度的鈦酸鋰產(chǎn)品。其性能相似的產(chǎn)品在價格比較美國奧鈦的鈦酸鋰材料有較大的優(yōu)勢,但比中國國內(nèi)的產(chǎn)品則稍遜一籌。莊信萬豐接手了原德國南方化學公司擁有的磷酸鐵鋰等材料,但在鈦酸鋰材料的研發(fā)與生產(chǎn)方面投入不足,產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定。
國內(nèi)在鈦酸鋰材料量產(chǎn)方面已有多家,如四川興能新材料有限公司、珠海銀隆新能源有限公司、湖州微宏動力有限公司、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司、湖南杉杉新材料有限公司以及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰生產(chǎn)廠家。
四川興能是一家專業(yè)生產(chǎn)鈦酸鋰材料的廠家,年產(chǎn)能達3000t,鈦酸鋰生產(chǎn)工藝具有客戶適應性和穩(wěn)定性,可在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)線和設備的情況下靈活調(diào)整,生產(chǎn)出適合不同客戶要求的鈦酸鋰,并保持產(chǎn)品技術(shù)指標的穩(wěn)定。興能依靠上游的鋰礦與鈦礦資源,可實現(xiàn)從原礦到最終材料的協(xié)同生產(chǎn),由此可實現(xiàn)鈦酸鋰產(chǎn)品性能提升和成本降低,避免原料市場波動帶來的影響。
珠海銀隆于2011年完成了對美國奧鈦納米科技公司53.6%的股權(quán)的收購從而成為國內(nèi)少有的一家同時擁有鈦酸鋰材料制備、電池生產(chǎn)、鈦酸鋰電動汽車、儲能系統(tǒng)、調(diào)頻調(diào)峰等應用的多項核心技術(shù)與30多項專利的企業(yè)。
目前北方奧鈦納米技術(shù)有限公司(簡稱“北方奧鈦”)的鈦酸鋰材料年產(chǎn)能100t并為北方奧鈦和珠海銀隆提供高品質(zhì)的納米級鈦酸鋰。珠海銀隆新能源還與石原產(chǎn)業(yè)就新型鈦酸鋰材料的研發(fā)開展了戰(zhàn)略合作,材料的成本將隨著其產(chǎn)量的增加而下降,未來幾年內(nèi)有望接近目前石墨負極材料的成本價格。
湖州微宏是目前在國內(nèi)業(yè)界推廣鈦酸鋰電池技術(shù)和其它快充類電池最成功的企業(yè)之一。
湖州微宏生產(chǎn)的鈦酸鋰材料主要用于自己生產(chǎn)的鈦酸鋰電池產(chǎn)品。湖州微宏鈦酸鋰電池產(chǎn)品在國內(nèi)外市場不斷擴大也對鈦酸鋰技術(shù)在電動車及儲能市場上的應用起到了良好的示范作用。
深圳貝特瑞是目前世界上最大的鋰電碳負極供應商。公司具有強大的研發(fā)團隊,也是鈦酸鋰行業(yè)標準的起草者之一。深圳貝特瑞強大的銷售網(wǎng)絡也將在鈦酸鋰市場銷售中占盡先機,已經(jīng)推出碳包覆鈦酸鋰和無碳包覆鈦酸鋰的2款產(chǎn)品。然而,目前鈦酸鋰材料并非貝特瑞的主打產(chǎn)品。在鈦酸鋰電池市場尚未全面鋪開的情況下,公司還沒有在鈦酸鋰材料的生產(chǎn)上制定長遠的計劃。