鈦酸鋰電池技術在國內外的發展狀況分析

張靜 趙程 高玉雙 劉鵬

摘 ? 要：隨著社會的進步和國民經濟的發展，人們在生產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的發展。鈦酸鋰電池的出現，為電能存儲方式帶來了新的契機，以其優異的性能和高安全性，受到國內外各界人士和企業的關注。本文主要分析了鈦酸鋰電池技術在國際和國內目前的整體發展情況。

關鍵詞：鈦酸鋰電池 ?電能 ?發展狀況

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

1 ?目前鈦酸鋰電池技術的整體發展狀況

1.1 國外鈦酸鋰電池技術發展概況

目前，國際上可以對鈦酸鋰電池進行批量生產的企業并不多，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（主要包括風場、電網質量調控以及調頻控制等）、工業應用（包括叉車和港口機械設備等）。

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

日本東芝集團同樣實現了對鈦酸鋰電池的批量生產，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應用在電動汽車、電動摩托等方面。SCiB電池不僅能夠實現快速充電，而且使用壽命較長，僅需10min便能充電90%以上，經過3000次反復充電，電量容量的衰減不超過10%，已然批量用在對EV-neo電動摩托的生產當中。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以及大規模儲能電站的應用中。此外，日本的另外一家企業村田，已經開發了以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用水平。

1.2 我國鈦酸鋰電池技術發展概況

我國在鈦酸鋰電池的研發與生產上也已經獲得了一定成效，多家公司投入經費開展對這種新型電池的研究。其中，湖州微宏創立之后一直從事于對鈦酸鋰技術的研發，其生產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，建設起日產超8萬只鈦酸鋰電池的產能。目前，該公司所生產的10min快充電池系統已然實現對數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調頻和電網需求管理的鈦酸鋰儲能系統，并獲得了較為優質的應用效果。

位于河北的銀隆新能源有限公司，已經實現規模化生產的鈦酸鋰電池相關產品包括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的電池相當。該公司所生產的鈦酸鋰電池100%DOD循環次數能夠突破1.6萬次，而10%DOD能夠達到160萬次。該公司生產的這些產品都已經通過國內相關檢驗機構的第三方檢測。就實際應用方面來說，銀隆所生產的純電動公交車應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轉讓，融合自身多年從事軟包動力電池等方面的技術積累，目前在國內鈦酸鋰電池行業已經獨樹一幟。該公司已經突破了鈦酸鋰電池脹氣的難題，具備對大規格鈦酸鋰電池進行批量生產的技術能力，其電池容量設置為60Ah。該公司所生產的鈦酸鋰電池能夠突破2萬次以上的循環充放電實驗檢測，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部也進行鈦酸鋰電池的生產與制作，目前2Ah，18Ah，28Ah圓柱型鈦酸鋰電池已經量產化，其鈦酸鋰電池在常溫下5C循環壽命高達上萬次，脈沖放電可達到200C放電，零下40可進行放電。鈦酸鋰電池循環壽命長，倍率性能佳，優良的低溫性能。目前，鈦酸鋰電池應用在汽車行業、快充行業，電子行業等，具有這巨大潛能。

2 ?鈦酸鋰電池的優缺點

2.1 優點

以電動車代替傳統燃油車輛能夠在很大程度上緩解城市環境污染問題，而鋰電池在車輛生產行業的廣泛應用，為產業升級提供了強大的動力。目前普遍應用的鋰離子電池，其負極大都采用碳材料，在實際應用過程中會呈現出諸多弊端，主要體現在：（1）如果發生過充電情況，會導致鋰枝晶的析出，很可能造成電池出現短路，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，非常容易導致電解液被分解，造成安全隱患的出現;（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，因此其整體循環穩定性很難符合相關使用標準要求。

以碳材料相比，以鈦酸鋰材料作為電池的負極則能體現出非常多的優勢，主要包括：（1）鈦酸鋰屬于一種零應變材料，因此具有非常良好的循環性能;（2）其放電電壓較為平穩，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更高，因此可以實現高倍率的充放電;（4）與金屬鋰相比，鈦酸鋰的電勢更高，通常不會導致鋰枝晶的出現，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）對鈦酸鋰電池的應用容易產生脹氣問題;（3）價格相對較高;（4）電池的一致性依然存在一定差異。

3 ?結語

總而言之，對鈦酸鋰電池技術的研究與應用，能夠呈現出更加優質的使用效果，促進能源行業的發展，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境問題提供一個新的方向。

參考文獻

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