关于钛酸锂电池在国内外发展状况的技术详解

自从锂离子电池在1991年工业化以来，电池的负极资料一直是石墨在统一全国。钛酸锂作为新式锂离子电池的负极资料因为其多项优异的功能而受到重视开始于20世纪90年代后期。比方钛酸锂资料在锂离子的镶嵌及脱嵌过程中晶体结构可以保持高度的安稳性，晶格常数改变很小。

这个“零应变”电极资料极大地延长了钛酸锂电池的循环寿数。钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，具有功率特性优异和高低温功能佳等优点。与碳负极资料相比，钛酸锂的电位高(比金属锂的电位高1.55V)，这就导致一般在电解液与碳负极外表上生长的固液层在钛酸锂外表根本上不构成。

更重要的是在正常电池使用的电压规模内锂枝晶在钛酸锂外表上难以生成。这就在很大程度上消除了由锂枝晶在电池内部构成短路的可能性。所以钛酸锂为负极的锂离子电池的安全性是现在笔者见到的各种类型的锂离子电池中安全性最高的。

业内人士大大都都听说过由钛酸锂取代石墨作为锂电负极资料的锂电循环寿数可达数万次，远高于常见的传统锂离子电池，仅循环几千次就寿终正寝了。

因为大都专业锂电人士从来没有真实着手制造过钛酸锂电池产品，或许仅仅做过几回遇到困难就草草收场。所以他们没能静下心来细心考虑一下，为什么大部分制造完美的传统锂离子电池一般只能完结1000～2000次充放电循环寿数?

传统锂离子电池循环寿数短的根本原因中是否源于其间的某一个根本组件-石墨负极难堪重负呢?一旦将石墨负极替换成尖晶石型钛酸锂负极之后，根本相同的锂离子电池化学体系就能循环到几万甚至几十万次。

别的，在很多人津津有味地谈论钛酸锂电池的能量密度偏低时，却忽略了一个简略而重要的事实：那就是钛酸锂电池超长的循环寿数、不同凡响的安全性、优异的功率特性以及杰出的经济性。这些特性却将会是成就现在正在兴起的大规划锂电储能工业的重要基石。

近10多年来，国内外对钛酸锂电池技能的研讨可谓是如火如荼。其工业链可分为钛酸锂资料制备、钛酸锂电池出产与钛酸锂电池体系的集成及其在电动车及储能商场的使用。

1.钛酸锂资料

国际上对钛酸锂资料研讨及工业化方面比较领先的有美国奥钛纳米科技公司、日本石原工业株式会社、英国庄信万丰公司等。其间美国奥钛出产的钛酸锂资料不管在倍率、安全性、长寿数及高低温等方面功能优异。可是因为出产办法过于冗长精密导致出产本钱偏高，使其在商业化推行上难度较大。

石原工业是亚洲最大的钛白粉制造商之一，公司在日本、新加坡、台湾均有出产基地。石原工业充分利用其充沛的原资料资源，以湿法工艺成功地开发了多款低本钱、高倍率、不同颗粒度的钛酸锂产品。其功能类似的产品在价格比较美国奥钛的钛酸锂资料有较大的优势，但比我国国内的产品则略胜一筹。庄信万丰接手了原德国南边化学公司具有的磷酸铁锂等资料，但在钛酸锂资料的研发与出产方面投入不足，产品质量难以安稳。

国内在钛酸锂资料量产方面已有多家，如四川兴能新资料有限公司、珠海银隆新动力有限公司、湖州微宏动力有限公司、深圳贝特瑞新动力资料股份有限公司、湖南杉杉新资料有限公司以及安徽和深圳周边的多家规划较小的钛酸锂出产厂家。

四川兴能是一家专业出产钛酸锂资料的厂家，年产能达3000t，钛酸锂出产工艺具有客户习惯性和安稳性，可在不改变现有出产线和设备的情况下灵敏调整，出产出合适不同客户要求的钛酸锂，并保持产品技能指标的安稳。兴能依靠上游的锂矿与钛矿资源，可实现从原矿到最终资料的协同出产，由此可实现钛酸锂产品功能提高和本钱下降，防止原料商场动摇带来的影响。

珠海银隆于2011年完结了对美国奥钛纳米科技公司53.6%的股权的收购从而成为国内罕见的一家同时具有钛酸锂资料制备、电池出产、钛酸锂电动轿车、储能体系、调频调峰等使用的多项核心技能与30多项专利的企业。

现在北方奥钛纳米技能有限公司(简称“北方奥钛”)的钛酸锂资料年产能100t并为北方奥钛和珠海银隆供给高品质的纳米级钛酸锂。珠海银隆新动力还与石原工业就新式钛酸锂资料的研发开展了战略协作，资料的本钱将跟着其产量的添加而下降，未来几年内有望接近现在石墨负极资料的本钱价格。

湖州微宏是现在在国内业界推行钛酸锂电池技能和其它快充类电池最成功的企业之一。

湖州微宏出产的钛酸锂资料首要用于自己出产的钛酸锂电池产品。湖州微宏钛酸锂电池产品在国内外商场不断扩大也对钛酸锂技能在电动车及储能商场上的使用起到了杰出的示范作用。

深圳贝特瑞是现在世界上最大的锂电碳负极供应商。公司具有强大的研发团队，也是钛酸锂行业标准的起草者之一。深圳贝特瑞强大的出售网络也将在钛酸锂商场出售中占尽先机，现已推出碳包覆钛酸锂和无碳包覆钛酸锂的2款产品。但是，现在钛酸锂资料并非贝特瑞的主打产品。在钛酸锂电池商场尚未全面铺开的情况下，公司还没有在钛酸锂资料的出产上制定长远的方案。

2.钛酸锂电池及其在电动车和储能方面的使用

国际上可以批量出产钛酸锂电池的厂家并不多，首要以美国奥钛与日本东芝集团为代表。钛酸锂电池的使用商场首要有电动车、储能商场及工业使用。

美国奥钛的钛酸锂电池制造方面有其共同的核心技能，在国际上大规格钛酸锂电池制造方面仍处于领先地位，并已解决了所谓的“胀气”问题。现在其第4代65Ah单体钛酸锂电池已用于储能体系，在65℃循环上万次仍无显着的容量衰减。

在钛酸锂电池体系使用方面，奥钛为美国加州供给的混合电动巴士已于2008年投入运行至今。其燃油经济性指标为106.4kg/L远高于普通柴油发电机的23.8kg/L。公司为夏威夷天然动力所的10.5MW风力发电场供给了1MW的存储体系并与当地电网的并网，同时供给为期3年的技能支持服务。此钛酸锂电池储能体系首要用于调控可再生动力的电压动摇，并将机组的负荷改变率控制在1MW/min以内。

奥钛的1MW大容量高功率储能机组是现在在美国电网中仅有得到2年多实地商业运作和功能质量检验经过的大容量钛酸锂电池产品。储能体系循环次数超过500000次，充放电总电量超过3300MWh，体系容量损失小于2%，且功率并没有显着的衰减。

日本东芝批量出产以“SCiB”为品牌的钛酸锂电池。其间3.2Ah、10Ah及20Ah铝壳方形电池首要用于电动摩托、电动轿车及轿车启停电池。SCiB电池有着快速充电和长寿数的优势，10分钟即可充电90%以上，反复充放电3000次电量容量衰减不足10%，现已批量使用于“EV—neo”电动摩托车上。

在储能方面，东芝借日本新阳光方案之春风正在将钛酸锂电池使用到大规划储能电站及家庭储能体系。另一家日本企业村田已开发了选用5V镍锰酸锂为正极的新式钛酸锂电池。其电压差为3.2V，能量密度可到达130Wh/K歌，超过了现在磷酸铁锂电池的水平。

国内在钛酸锂电池出产方面已有多家，如湖州微宏、珠海银隆、深圳博磊达、天津市捷威动力工业有限公司、四川兴能、中信国安盟固利电源技能有限公司、湖南杉杉及安徽和深圳周边的多家规划较小的钛酸锂电池出产厂家。

湖州微宏自2006年成立以来一直致力于钛酸锂技能开发。公司对其钛酸锂电池出产需求的钛酸锂资料、隔阂、电解液以及正极资料进行了垂直整合。近年来为了习惯商场需求，湖州微宏具有了日产8万只10Ah的钛酸锂电池产品的产能以及2倍于的钛酸锂电池的多元正极锂电池产品的产能。

到2014年末，湖州微宏的10分钟快速充电电池体系已装备了超过3000辆混合动力为主的电动大巴，首要销往英国、荷兰及我国重庆等地。在储能商场方面，湖州微宏分别在美国的佛蒙特州及我国重庆安装了用于电网调频及电网需求管理的钛酸锂电池储能体系。

珠海银隆现在量产的钛酸锂电池产品有20Ah和65Ah软包电池以及25Ah、30Ah和55Ah圆柱电池，功能指标已到达美国奥钛出产的钛酸锂电池。电池100%DOD的循环次数超过16000次，10%DOD则到达160万次。这几款电池均已经过北方轿车质量监督检验鉴定实验所(201所)的第三方检测。

在使用方面，银隆新式纯电动公交车使用了圆柱形、寿数长、充放电快的钛酸锂电池，续航里程可达30～80km，快速充电只需6～10分钟，也可用夜间谷电慢充30～60分钟充满。该系列车型现已成功地投放于广东湛江、河北邯郸、石家庄等地公交体系。

银隆专为北京公交规划开发的仿古铛铛车于2014年9月投入商业化运营。该车还被指定为北京APEC会议的官方指定用车。在储能商场，银隆分别与国家电网和南边电网协作承担了储能方面的863国家项目，为张北风光储输示范站和深圳宝清电池储能站分别供给了2个2MWh和1个600kWh钛酸锂体系的部分模块、电池箱规划以及体系解决方案。

深圳博磊达经过共同的资料处理办法，可以制备得到功能杰出的Li4Ti5O12资料，并经过技能攻关项目，从钛酸锂电池的出产工艺提高动身，高功能Li4Ti5O12的规划和制备现已取得重大进展，现在量产的产品有17Ah、20Ah和25Ah圆柱电池，解决了钛酸锂电池容易胀气的问题，获得了高功能的钛酸锂电池产品，并取得了威望的第三方检测报告。

博磊达公司从高功率Li4Ti5O12电极资料规划入手，研讨Li4Ti5O12资料界面副反应揭示产气机理和解决机制对Li4Ti5O12电极资料在动力电池中的规划化使用并取得了重大突破。

天津捷威得到了美国奥钛的钛酸锂电池出产技能转让，并结合自己多年来在聚合物软包动力电池出产方面的技能积累而独居特色。公司成功地突破了胀气难题，已具有批量出产大规格单体钛酸锂电池的技能及才能，电池容量到达60Ah，累计出货量为2000万Ah。

该电池可以接受10C以上接连充放电，寿数到达2万次以上，温度规模为-40～60℃，首要使用于快充大巴和调频的储能电站。

钛酸锂电池技能开发难点及其开展方向

1.在我国开展钛酸锂电池技能的理由

钛酸锂电池技能在我国各种储能电池中的竞争应该占有地利、地利、人和之优势。光就使用寿数而言，钛酸锂电池超长的循环寿数远胜于各类铅酸电池;其功率、本钱及电化学功能更是优于钠硫与液流钒等电池体系。

锂电产品历年来首要商场是便携式电器如手机和手提电脑等。我国的手机与手提电脑的用量虽大，但大部分都不属国内品牌。所以国内锂电厂家在便携式电器上的锂电出售才能输于日韩产品。

但是，钛酸锂技能的适用商场却是混合电动车、特殊工业使用及储能使用如调频及电网电压支撑等。这些商场在全世界尚处于起步阶段，谁执牛耳尚未可知。钛酸锂技能有望成为这些商场中的佼佼者。

我国人口基数占全世界约1/5。因为人口众多，我国的电动车、储能及工业使用商场是一个让许多国家的跨国公司所垂涎的巨大商场。近年来我国政府对电动车及储能工业的开展高度重视，各类国家鼓励政策纷繁出台。我国产的钛酸锂电池体系在重庆及欧洲的混合电动大巴、张北的风光储示范站及深圳宝清储能电站已有了几年的商业化使用数据积累。

别的，我国锂电工业链的上下游早已成气候，除了齐备的电池资料供应与设备制造才能之外，锂电池产品的出产才能也与日、韩三分全国。这就使得我国的锂电出产厂家从传统锂电出产转型到钛酸锂电池产品出产具有了先天的条件。

我国在钛酸锂资料出产方面早已有了像四川兴能、珠海银隆、湖州微宏等既有实力又有经历的企业。在钛酸锂电池出产方面锋芒毕露的代表企业有湖州微宏、珠海银隆、深圳博磊达、天津捷威等。

这些企业都现已在国内外电动车及储能商场初步建立了自己的出售途径。特别值得指出的是深圳博磊达具有从资料出产到电池制造及体系集成一系列专有技能与知识产权，现在我国锂电界尚属罕见的具有自主知识产权的出产厂家。

2.钛酸锂资料、电池及电池组制造的瓶颈

已然钛酸锂电池技能有诸多其他锂电无法比拟的优越性，那为何至今停止在我国动力行业甚至世界动力领域使用寥寥呢?原因有以下3个方面：

①钛酸锂资料出产钛酸锂资料的出产从准则上说并不杂乱。但要用作锂离子电池的负极资料，不光需求讲究资料具有合适的比外表积、粒度、密度和电化学功能等，还必须可以习惯于大规划锂电池的出产工艺。钛酸锂资料在很多传统锂电出产线上无法正常出产的原因之一就是资料的pH为11或12，吸湿性极强。

②钛酸锂电池制造在事实上，将惯例锂离子电池出产线直接用来出产钛酸锂电池产品并不像仅仅把石墨换成钛酸锂资料那样简略。因为钛酸锂资料对湿度的要求比惯例锂离子电池出产要高得多。为了控制湿度，有些制备工艺需求做相应的调整以习惯钛酸锂电池产品出产的特殊要求。别的，有些出产设备也需求做相应的改进。假如有条件的话，最好能专门为钛酸锂电池产品重新规划一条结构紧凑、体积小巧、全封闭式的自动化出产线。

③钛酸锂电池组与惯例锂离子电池不同，现在国内外出产的钛酸锂电池在成组投入使用一段时期后常会看到软包的单体电池内有微量的气体发生。这些气体与新鲜电池化成时发生的气体不同。前者可以经过电池出产工艺来去除。但后者则是在电池使用过程中发生的，或许说在现在的工艺条件下很难防止。

笔者以为，研讨循环时气体发生的化学反应机理应该不失为一个很好的科研标题。别的，因为钛酸锂电池技能的优越性之一是其高功率功能。虽然电池自身可以接受大电流充放电，但厚的单体电池依然不适于高功率使用因为电池太厚会造成大电流发生的热量难以散发。所以对大功率钛酸锂电池来说，尺度大而薄的软包电池结构仍不失为一个合理的挑选。

3.钛酸锂技能的往后开展方向

最终，在此有必要综合概括一下钛酸锂资料作为锂电负极的优下风，优势：超高安全性、超长寿数、高低温工作规模宽、高功率、低本钱以及绿色环保。下风：钛酸锂资料能量密度低、吸水性强，电池制造的环境要求高、出产工艺要做相应的更新、新工艺需求投资必要的设备与更高要求的湿度控制、以及钛酸锂电池的使用商场尚未充分打开。

结语

在当前我国政府大力倡议开发新动力及其相关工业的大环境下，怎么推进钛酸锂电池技能及其在电动车和储能商场上的使用对我国钛酸锂电池工业而言是机不可失，时不再来。关于国内的珠海银隆、湖州微宏、深圳博磊达、四川兴能、深圳贝特瑞等具有一部分自主知识产权的优势及出售途径的企业应该是得天独厚的时机。很多人没有意识到我国在钛酸锂技能方面的知识产权优势是现在以磷酸铁锂电池为主的所谓“干流化学”所不具有的。

开发高容量高电位正极资料以提高钛酸锂电池的能量密度是赶超日韩的一步妙棋。当然，同时必须对整个锂离子电池化学体系进行研讨，如高电位电解液和抗氧化隔阂等课题研讨。我国锂电行业开发钛酸锂电池技能的尽力将会得到正在兴起的电动车、储能及工业使用商场可观的回报。