钛酸锂电池技术及其产业发展现状.PDFVIP

关 注 FOCUS 钛酸锂电池技术及其产业发展现状 ■ 文/唐 金 虹 潘广宏 王国文 薛嘉渔 堃 北京低碳清洁能源研究所 一、钛酸锂电池技术在国内外 很大程度上消除了由锂枝晶在电池内 性却将会是成就目前正在崛起的大规 的发展状况 部形成短路的可能性。所以钛酸锂为 模锂电储能产业的重要基石。 自从锂离子电池在1991年产业 负极的锂离子电池的安全性是目前笔 近10多年来，国内外对钛酸锂电 化以来，电池的负极材料一直是石墨 者见到的各种类型的锂离子电池中安 池技术的研究可谓是风起云涌。其产 （包括人造及天然石墨）在一统天下。 全性最高的。业内人士大多数都听说 业链可分为钛酸锂材料制备、钛酸锂 尖晶石型钛酸锂(Li Ti O ，LTO)自 过由钛酸锂取代石墨作为锂电负极材 电池生产与钛酸锂电池系统的集成及 4 5 12 从1971年Deschanvres等报道了其合 料的锂电循环寿命可达数万次，远高 其在电动车及储能市场的应用。 [1] 成方法与晶体结构之后 ，Colbow等 于常见的传统锂离子电池，仅循环几 １.钛酸锂材料 和Ohuku等对其进行了比较系统的 千次就寿终正寝了。 国际上对钛酸锂材料研究及产 电化学性能测试[2,3]。然而钛酸锂作 由于多数专业锂电人士从来没 业化方面比较领先的有美国奥钛纳米 为新型锂离子电池的负极材料由于 有真正动手制作过钛酸锂电池产品， 科技公司（以下简称“美国奥钛”）、日 其多项优异的性能而受到重视开始 或者只是做过几次遇到困难（如胀气） 本石原产业株式会社（简称“石原产 于20世纪90年代后期。比如钛酸锂 就草草收场。所以他们没能静下心来 业”）、英国庄信万丰公司（简称“庄信 材料在锂离子的镶嵌及脱嵌过程中 仔细思考一下，为什么大部分制作完 万丰”）等。其中美国奥钛生产的钛酸 晶体结构能够保持高度的稳定性，晶 美的传统锂离子电池通常只能完成 锂材料无论在倍率、安全性、长寿命及 格常数变化很小（体积变化l％）。这 1000～2000次充放电循环寿命？传统 高低温等方面性能优异。但是由于生 个“零应变”电极材料极大地延长了 锂离子电池循环寿命短的根本原因中 产方法过于冗长精细导致生产成本偏 钛酸锂电池的循环寿命。钛酸锂具有 是否源于其中的某一个基本组件-石 高，使其在商业化推广上难度较大。石 尖晶石结构所特有的三维锂离子扩 墨负极难堪重负呢？一旦将石墨负极 原产业是亚洲最大的钛白粉制造商之 散通道，具有功率特性优异和高低温 替换成尖晶石型钛酸锂负极之后，基 一，公司在日本、新加坡、台湾均有生 性能佳等优点。与碳负极材料相比， 本相同的锂离子电池化学体系就能循 产基地。石原产业充分利用其充沛的 钛酸锂的电位高（比金属锂的电位高 环到几万乃至几十万次。另外，在很多 原材料资源，以湿法工艺成功地开发 1.55V），这就导致通常在电解液与碳 人津津乐道地谈论钛酸锂电池的能量 了多款低成本、高倍率、不同颗粒度的 负极表面上生长的固液层（SEI）在钛 密度偏低时，却忽略了一个简单而重 钛酸锂产品。其性能相似的产品在价 酸锂表面基本上不形成。更重要的是 要的事实：那就是钛酸锂电池超长的 格比较美国奥钛的钛酸锂材料有较大 在正常电池使用的电压范围内锂枝 循环寿命、不同凡响的安全性、优异的 的优势，但比中国国内的产品则稍逊