鈦酸鋰電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)詳解

來源：存能電氣  日期：2019-04-17 08:55  瀏覽量：次

　　鈦酸鋰電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)詳解。發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)是促進(jìn)新能源發(fā)電、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。鈦酸鋰電池是最具應(yīng)用前景的儲(chǔ)能電池之一，鈦酸鋰電池具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好等特點(diǎn)，很好的契合了電網(wǎng)儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　鈦酸鋰電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　鈦酸鋰電池具有尖晶石結(jié)構(gòu)所特有的三維鋰離子擴(kuò)散通道，具有功率特性優(yōu)異和高低溫性能佳等優(yōu)點(diǎn)。與碳負(fù)極材料相比，鈦酸鋰的電位高，這就導(dǎo)致通常在電解液與碳負(fù)極表面上生長(zhǎng)的固液層(SEI)在鈦酸鋰表面基本上不形成。更重要的是在正常電池使用的電壓范圍內(nèi)鋰枝晶在鈦酸鋰表面上難以生成。這就在很大程度上消除了由鋰枝晶在電池內(nèi)部形成短路的可能性。

　　所以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子電池的安全性是目前筆者見到的各種類型的鋰電池中最高的。近10多年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦酸鋰電池技術(shù)的研究可謂是風(fēng)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(dòng)車及儲(chǔ)能市場(chǎng)的應(yīng)用。

　　國(guó)際上能夠批量生產(chǎn)鈦酸鋰電池的廠家并不多，主要以美國(guó)奧鈦納米技術(shù)公司與日本東芝集團(tuán)為代表。鈦酸鋰電池的應(yīng)用市場(chǎng)主要有電動(dòng)車(巴士、軌道交通等)、儲(chǔ)能市場(chǎng)(調(diào)頻、電網(wǎng)質(zhì)量、風(fēng)場(chǎng)等)及工業(yè)應(yīng)用。以鈦酸鋰為負(fù)極的新型鋰離子電池，突破了石墨作為負(fù)極的固有局限性，性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的鋰離子電池，成為最具應(yīng)用前景的儲(chǔ)能電池之一。

　　鈦酸鋰電池在規(guī)模應(yīng)用中面臨的主要問題是成本問題，項(xiàng)目研發(fā)之初，其價(jià)格是磷酸鐵鋰電池價(jià)格的4—6倍。雖然性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有鋰離子電池，但是經(jīng)濟(jì)性因素極大的限制了鈦酸鋰電池的市場(chǎng)推廣。因此，鈦酸鋰電池要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用，需要在現(xiàn)有的電動(dòng)汽車用鈦酸鋰電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)重構(gòu)，包括材料體系、電池設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝等方面的技術(shù)重構(gòu)，在保證鈦酸鋰電池長(zhǎng)壽命本征特性的同時(shí)，大幅降低成本。

　　鈦酸鋰電池的四大優(yōu)點(diǎn)

　　1、安全穩(wěn)定性好

　　由于鈦酸鋰負(fù)極材料嵌鋰電位高，在充電的過程中避免了金屬鋰的生成和析出，又因其平衡電位高于絕大部分電解質(zhì)溶劑的還原電位，不與電解液反應(yīng)，不形成固—液界面鈍化膜，避免了很多副反應(yīng)的發(fā)生，從而大大的提高了安全性。“儲(chǔ)能電站和電動(dòng)汽車一樣，安全穩(wěn)定性是最為重要的指標(biāo)。”楊凱說。

　　2、快充性能優(yōu)異

　　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)。而鈦酸鋰電池十分鐘左右即可充滿，較傳統(tǒng)的電池有了質(zhì)的飛躍。

　　3、循環(huán)壽命長(zhǎng)

　　與傳統(tǒng)鋰離子電池普遍采用的石墨材料相比，鈦酸鋰材料在充放電嵌脫鋰過程中，骨架結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生收縮或膨脹，被稱為“零應(yīng)變”材料，避免了一般電極材料脫/嵌鋰離子時(shí)晶胞體積應(yīng)變而造成的電極結(jié)構(gòu)損壞的問題，因而具有非常優(yōu)異的循環(huán)性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定，普通磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命平均為4000—6000次，而鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命可達(dá)25000次以上。

　　4、耐寬溫性能良好

　　一般電動(dòng)汽車在-10℃時(shí)充放電就會(huì)出現(xiàn)問題，鈦酸鋰電池耐寬溫性能良好，耐用性強(qiáng)，在-40℃到70℃均可正常充放電，無論是在冰封的北國(guó)，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。

　　鈦酸鋰電池的缺點(diǎn)

　　1、對(duì)鋰電位高，導(dǎo)致工作電壓低，能量密度降低

　　2.電池制作過程容易產(chǎn)氣

　　3.電子導(dǎo)電性不好

　　鈦酸鋰電池為何沒有成為主流電池？

　　鈦酸鋰材料在電池中作為負(fù)極材料使用，由于其自身特性的原因，材料與電解液之間容易發(fā)生相互作用并在充放循環(huán)反應(yīng)過程中產(chǎn)生氣體析出，因此普通的鈦酸鋰電池容易發(fā)生脹氣，導(dǎo)致電芯鼓包，電性能也會(huì)大幅下降，極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環(huán)壽命。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，普通的鈦酸鋰電池在經(jīng)過1500-2000次左右的循環(huán)就會(huì)發(fā)生脹氣的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法正常使用，這也是制約鈦酸鋰電池大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要原因。

　　鈦酸鋰電池能量密度低，為儲(chǔ)備相同能量，體積必然增大，相應(yīng)的隔膜、銅箔、鋁箔、電解液也全面增多，加上鈦本身就是貴金屬，很破突破成本控制瓶頸，制造成本太高。

　　鈦酸鋰電池的儲(chǔ)能技術(shù)在日本早有試點(diǎn)運(yùn)營(yíng)，日本階梯電價(jià)每度價(jià)差達(dá)1.6元，國(guó)內(nèi)也就七八毛錢，相比成本，根本不劃算，所以難以推廣。

　　以上就是鈦酸鋰電池的發(fā)展現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)的介紹，鈦酸鋰電池能量密度相對(duì)比較低，將來不會(huì)太主流。