钛酸锂电池技术在国内外的发展状况分析

张静 赵程 高玉双 刘鹏

摘   要：随着社会的进步和国民经济的發展，人们在生产和生活活动中对电能的需求越来越高，推动了电能存储行业的发展。钛酸锂电池的出现，为电能存储方式带来了新的契机，以其优异的性能和高安全性，受到国内外各界人士和企业的关注。本文主要分析了钛酸锂电池技术在国际和国内目前的整体发展情况。

关键词：钛酸锂电池  电能  发展状况

中图分类号：TM91                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0237-02

钛酸锂材料具有高稳定性、安全性以及绿色环保的特征，而且与一些传统材料相比能够呈现出更长的使用寿命，将其用于新型电池的生产中能够获得良好的应用效果。然而，该项应用技术的研发与应用目前还未大范围普及，依然具有很大的研究与发展前景。接下来我们对国内外各家公司对钛酸锂电池技术的研究与应用情况进行简单的论述。

1  目前钛酸锂电池技术的整体发展状况

1.1 国外钛酸锂电池技术发展概况

目前，国际上可以对钛酸锂电池进行批量生产的企业并不多，知名度较高的包括日本的东芝集团、美国的奥钛集团。钛酸锂电池供应市场范围主要包括电动车（包括公共汽车、轨道交通等）、储能市场（主要包括风场、电网质量调控以及调频控制等）、工业应用（包括叉车和港口机械设备等）。

美国奥泰在钛酸锂电池的制造上已经形成了一套独有的核心技术，在国际范围内处于领先地位，而且已经基本解决影响钛酸锂电池应用最突出的问题——胀气。其生产的第四代65Ah单体钛酸锂电池目前已经在储能系统当中实现了应用，经过上万次循环，其容量无明显衰减的情况出现。而在系统应用方面，该公司给加利福尼亚州所生产的Proterra混合型电动巴士已经运行10余年，整体应用状况良好的。该巴士的燃油经济性指标是106.4kg/L，远远超过传统柴油发电机的23.8kg/L。此外，该公司还对位于夏威夷的风力发电厂供给了1MW的存储系统，跟当地电网之间实现并网。该钛酸锂储能系统主要用作对可再生能源相应电压波动的调控，使机组内负荷变化率被控制于1MW/min之内。针对能源企业AES，奥钛为其提供出两套电网调频能量的存储系统，已经过近10年的运行。奥钛所生产的1MW储能机组属于美国电网目前唯一使用五年以上的钛酸锂电池产品。其储能系统已然经过超百万次的循环，系统容量损失大约为3%，功率并未呈现出明显的衰减。

日本东芝集团同样实现了对钛酸锂电池的批量生产，品牌为SCiB，其中型号为3.2Ah、10Ah以及20Ah的铝壳方形电池目前已经应用在电动汽车、电动摩托等方面。SCiB电池不仅能够实现快速充电，而且使用寿命较长，仅需10min便能充电90%以上，经过3000次反复充电，电量容量的衰减不超过10%，已然批量用在对EV-neo电动摩托的生产当中。而对于储能方面来说，日本东芝借助于本国的新阳光计划，将钛酸锂电池融入到对家庭储能系统以及大规模储能电站的应用中。此外，日本的另外一家企业村田，已经开发了以5V镍锰酸锂作为正极的钛酸锂电池，电压差是3.2V，其能量密度能够达到130Wh/kg，高于磷酸铁电池的整体应用水平。

1.2 我国钛酸锂电池技术发展概况

我国在钛酸锂电池的研发与生产上也已经获得了一定成效，多家公司投入经费开展对这种新型电池的研究。其中，湖州微宏创立之后一直从事于对钛酸锂技术的研发，其生产钛酸锂电池的过程需要对钛酸锂材料、正极材料、隔膜和电解液等做出垂直整合。近些年以来，该公司为了更好地贴合市场需求，建设起日产超8万只钛酸锂电池的产能。目前，该公司所生产的10min快充电池系统已然实现对数千辆以混合动力为主体电动大巴的安装，并销往荷兰、英国等国家。而就储能市场来说，微宏在美国和我国重庆分别安装了用于电网调频和电网需求管理的钛酸锂储能系统，并获得了较为优质的应用效果。

位于河北的银隆新能源有限公司，已经实现规模化生产的钛酸锂电池相关产品包括65Ah与20Ah软包电池、55Ah与30Ah圆柱电池，整体性能已然与美国奥泰所生产的电池相当。该公司所生产的钛酸锂电池100%DOD循环次数能够突破1.6万次，而10%DOD能够达到160万次。该公司生产的这些产品都已经通过国内相关检验机构的第三方检测。就实际应用方面来说，银隆所生产的纯电动公交车应用到了圆柱形钛酸锂电池，不仅使用寿命较长，而且充放电速度也相对较快，其实际续航里程能够达到30-80km，快充情况下充电过程仅需6～10min，还可以在夜晚进行谷电慢充，充满需要30～60min。此车型已然投放在河北、广东等多地。

天津捷威获得了美国奥泰的技术转让，融合自身多年从事软包动力电池等方面的技术积累，目前在国内钛酸锂电池行业已经独树一帜。该公司已经突破了钛酸锂电池胀气的难题，具备对大规格钛酸锂电池进行批量生产的技术能力，其电池容量设置为60Ah。该公司所生产的钛酸锂电池能够突破2万次以上的循环充放电实验检测，其使用温度范围更广，为-40℃～-60℃，目前主要用在调频储能电站以及快充大巴等方面。

天津力神电池股份有限公司的新能源事业部也进行钛酸锂电池的生产与制作，目前2Ah，18Ah，28Ah圆柱型钛酸锂电池已经量产化，其钛酸锂电池在常温下5C循环寿命高达上万次，脉冲放电可达到200C放电，零下40可进行放电。钛酸锂电池循环寿命长，倍率性能佳，优良的低温性能。目前，钛酸锂电池应用在汽车行业、快充行业，电子行业等，具有这巨大潜能。

2  钛酸锂电池的优缺点

2.1 优点

以电动车代替传统燃油车辆能够在很大程度上缓解城市环境污染问题，而锂电池在车辆生产行业的广泛应用，为产业升级提供了强大的动力。目前普遍应用的锂离子电池，其负极大都采用碳材料，在实际应用过程中会呈现出诸多弊端，主要体现在：（1）如果发生过充电情况，会导致锂枝晶的析出，很可能造成电池出现短路，从而影响到锂电池的整体使用性能，降低其安全性;（2）容易形成SEI膜，因此首次充放电的效率相对较低，其不可逆容量比较大;（3）锂离子电池负极中的碳材料，平台电压比较低，与金属锂相近，非常容易导致电解液被分解，造成安全隐患的出现;（4）锂离子在嵌入和脱出的过程中，电池整体体积的变化比较大，因此其整体循环稳定性很难符合相关使用标准要求。

以碳材料相比，以钛酸锂材料作为电池的负极则能体现出非常多的优势，主要包括：（1）钛酸锂属于一种零应变材料，因此具有非常良好的循环性能;（2）其放电电压较为平稳，不会对电解液形成分解作用，使锂电池整体安全性能得以提升;（3）钛酸锂材料比碳材料的锂离子扩散系数更高，因此可以实现高倍率的充放电;（4）与金属锂相比，钛酸锂的电势更高，通常不会导致锂枝晶的出现，从而为电池整体使用性能和安全性提供保障。

2.2 缺点

（1）与其他类型锂离子电池相比，其能量密度稍低;（2）对钛酸锂电池的应用容易产生胀气问题;（3）价格相对较高;（4）电池的一致性依然存在一定差异。

3  结语

总而言之，对钛酸锂电池技术的研究与应用，能够呈现出更加优质的使用效果，促进能源行业的发展，值得我们投入更多的人力、物力和财力对其形成更为深入的研究，进一步提高钛酸锂电池的能量密度，降低钛酸锂材料都成本，为国家能源缺乏和环境问题提供一个新的方向。

参考文献

[1] 罗军，田刚领，张柳丽，等.钛酸锂体系锂离子电池综述[J].电源技术，2019，43（4）：693-695.

[2] 龙源.钛酸锂电池在蓄电池电力工程车的应用[J].电力机车与城轨车辆，2018，41（6）：10-12，16.