鈦酸鋰
就當(dāng)前國內(nèi)的新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀來看，電池種類可謂豐富多樣，不僅有磷酸鐵鋰電池，也有三元材料鋰電池，還有鈷酸鋰、錳酸鋰以及鈦酸鋰電池等。而在這5種主要的電池形式中，市場最關(guān)心的指標(biāo)集中在四大方面：安全性、循環(huán)壽命、耐寬溫性、快充快放，其實(shí)際對應(yīng)著用戶的核心利益指標(biāo)：安全紅線、運(yùn)營成本、運(yùn)營環(huán)境適應(yīng)性和運(yùn)營效率。
特性
經(jīng)權(quán)威第三方測試發(fā)現(xiàn)，隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷革新，以鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰為體系的電池逐漸不適應(yīng)市場的真實(shí)需求，其壽命、充放電時(shí)間、工作溫度區(qū)間、安全性等方面遠(yuǎn)不及鈦酸鋰電池。人們通過對鋰鈦復(fù)合氧化物L(fēng)i4Ti5O12的研究發(fā)現(xiàn)，其具有尖晶石結(jié)構(gòu)，為零應(yīng)變材料，鋰離子在鈦酸鋰負(fù)極上的嵌入與脫嵌絲毫不影響其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這是傳統(tǒng)鋰離子電池不具備的特性。而采用納米級Li4Ti5O12作為鋰離子蓄電池的負(fù)極材料，與其他鋰離子電池相比將具有無與倫比的優(yōu)勢。
首先，更高的安全性。鈦酸鋰獨(dú)特的物理性能使其具備傳統(tǒng)鋰離子電池所不具備的高安全性。鈦酸鋰與電解液之間的反應(yīng)活性較低，幾乎不生成SEI絕緣膜，改善了電池的穩(wěn)定性和安全性。在很高的溫度下，鈦酸鋰能夠吸收正極分解所產(chǎn)生的氧氣，降低了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，提高了電池的安全性。同時(shí)，鈦酸鋰從根本上消除了金屬鋰枝晶的產(chǎn)生，降低了電池發(fā)生內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)。
其次，壽命極長。由于鈦酸鋰材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在充放電過程中可以保持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這使電池的循環(huán)壽命極大地提高，可達(dá)25000次以上。
再次，寬廣的工作溫度范圍和可快速充放電。鈦酸鋰電池有著傳統(tǒng)鋰離子電池所不具備的高低溫性能和快速充放電功能。由于鈦酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，表面不形成固液界面鈍化膜，在低溫下各項(xiàng)動力學(xué)性能仍能保持常溫時(shí)的狀態(tài)，具備在-50℃—+60℃很寬的高低溫范圍完全充放電的能力。而目前以石墨為負(fù)極的鋰離子電池可以在-40℃左右放電(放電量較低)，但卻無法在-10℃及更低溫度下實(shí)現(xiàn)常規(guī)電流的充電。同時(shí)，由于納米級鈦酸鋰的比表面積大，電化學(xué)反應(yīng)速度快，具備了快速充放電能力(6分鐘以內(nèi)可以充滿電)。加上由于負(fù)極沒有固液界面鈍化膜，大電流工作時(shí)電池發(fā)熱效應(yīng)少，不需要額外增加隔熱保溫與加熱系統(tǒng)。
特別是鈦酸鋰電池與目前純電動客車上應(yīng)用比例最高的磷酸鐵鋰電池相比，優(yōu)勢仍然突出。除了能量密度比磷酸鐵鋰電池略低以外，在安全性、使用壽命、充電時(shí)間、工作溫度范圍等方面，鈦酸鋰電池都完勝。比如，磷酸鐵鋰電池在加熱到160℃時(shí)會發(fā)生爆炸，因?yàn)橛蠸EI絕緣膜，不僅影響首次充放電效率，初次循環(huán)容量損失超過10%，而且高于45℃時(shí)易分解，高溫時(shí)循環(huán)壽命衰減很快。此外，快充對循環(huán)壽命影響較大，壽命為5—8年。但鈦酸鋰電池?zé)oSEI絕緣膜，初次循環(huán)無容量損失，且快充對循環(huán)壽命影響較小，僅需6分鐘，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，循環(huán)使用壽命可長達(dá)10年。
雖然鈦酸鋰電池的單次成本比磷酸鐵鋰電池成本高一些，但從長遠(yuǎn)來看，鈦酸鋰電池的壽命是磷酸鐵鋰電池壽命的8—15倍，通常的磷酸鐵鋰電池在汽車上使用時(shí)，每2—3年就需要更換一次電池，同時(shí)還要對更換下來的電池進(jìn)行回收處理，汽車上使用鈦酸鋰電池由于其超長循環(huán)壽命，10—15年才更換一次電池，運(yùn)行維護(hù)成本更低。而且由于鈦酸鋰電池可快速充放電，在公交車上應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)隨用隨充，可以利用公交車到達(dá)終點(diǎn)站司機(jī)休息的時(shí)間(10—20分鐘)對電池進(jìn)行快速補(bǔ)電，可省去其他材料體系的純電動公交車夜晚集中充電，所需要的場地建設(shè)和人員配置等，更節(jié)省費(fèi)用及資源，更適合公交推廣應(yīng)用。而公交系統(tǒng)正是我國新能源客車推廣應(yīng)用的“主戰(zhàn)場”。
所以，鈦酸鋰電池是最有希望擔(dān)當(dāng)中國純電動客車領(lǐng)跑世界的冠軍選手，是實(shí)現(xiàn)中國新能源汽車“彎道超車”和汽車強(qiáng)國夢的先鋒。而頂尖的科技力量可以推動中國乃至全世界新能源產(chǎn)業(yè)的大幅度前進(jìn)。