钛酸锂完胜其他材料锂电池

作者:刘永涛 文章来源:客车信息网 发布时间:2016-04-06
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  就当前国内的新能源汽车发展现状来看,电池种类可谓丰富多样,不仅有磷酸铁锂电池,也有三元材料锂电池,还有钴酸锂、锰酸锂以及钛酸锂电池等。而在这5种主要的电池形式中,市场最关心的指标集中在四大方面:安全性、循环寿命、耐宽温性、快充快放,其实际对应着用户的核心利益指标:安全红线、运营成本、运营环境适应性和运营效率。
  经权威第三方测试发现,随着锂离子电池技术的不断革新,以钴酸锂、锰酸锂、三元、磷酸铁锂为体系的电池逐渐不适应市场的真实需求,其寿命、充放电时间、工作温度区间、安全性等方面远不及钛酸锂电池。人们通过对锂钛复合氧化物Li4Ti5O12的研究发现,其具有尖晶石结构,为零应变材料,锂离子在钛酸锂负极上的嵌入与脱嵌丝毫不影响其稳定结构,这是传统锂离子电池不具备的特性。而采用纳米级Li4Ti5O12作为锂离子蓄电池的负极材料,与其他锂离子电池相比将具有无与伦比的优势。
  首先,更高的安全性。钛酸锂独特的物理性能使其具备传统锂离子电池所不具备的高安全性。钛酸锂与电解液之间的反应活性较低,几乎不生成SEI绝缘膜,改善了电池的稳定性和安全性。在很高的温度下,钛酸锂能够吸收正极分解所产生的氧气,降低了热失控的风险,提高了电池的安全性。同时,钛酸锂从根本上消除了金属锂枝晶的产生,降低了电池发生内部短路的风险。
  其次,寿命极长。由于钛酸锂材料的结构稳定,在充放电过程中可以保持电极结构稳定,这使电池的循环寿命极大地提高,可达25000次以上。
  再次,宽广的工作温度范围和可快速充放电。钛酸锂电池有着传统锂离子电池所不具备的高低温性能和快速充放电功能。由于钛酸锂结构稳定,表面不形成固液界面钝化膜,在低温下各项动力学性能仍能保持常温时的状态,具备在-50℃—+60℃很宽的高低温范围完全充放电的能力。而目前以石墨为负极的锂离子电池可以在-40℃左右放电(放电量较低),但却无法在-10℃及更低温度下实现常规电流的充电。同时,由于纳米级钛酸锂的比表面积大,电化学反应速度快,具备了快速充放电能力(6分钟以内可以充满电)。加上由于负极没有固液界面钝化膜,大电流工作时电池发热效应少,不需要额外增加隔热保温与加热系统。
  特别是钛酸锂电池与目前纯电动客车上应用比例最高的磷酸铁锂电池相比,优势仍然突出。除了能量密度比磷酸铁锂电池略低以外,在安全性、使用寿命、充电时间、工作温度范围等方面,钛酸锂电池都完胜。比如,磷酸铁锂电池在加热到160℃时会发生爆炸,因为有SEI绝缘膜,不仅影响首次充放电效率,初次循环容量损失超过10%,而且高于45℃时易分解,高温时循环寿命衰减很快。此外,快充对循环寿命影响较大,寿命为5—8年。但钛酸锂电池无SEI绝缘膜,初次循环无容量损失,且快充对循环寿命影响较小,仅需6分钟,热稳定性强,循环使用寿命可长达10年。
  虽然钛酸锂电池的单次成本比磷酸铁锂电池成本高一些,但从长远来看,钛酸锂电池的寿命是磷酸铁锂电池寿命的8—15倍,通常的磷酸铁锂电池在汽车上使用时,每2—3年就需要更换一次电池,同时还要对更换下来的电池进行回收处理,汽车上使用钛酸锂电池由于其超长循环寿命,10—15年才更换一次电池,运行维护成本更低。而且由于钛酸锂电池可快速充放电,在公交车上应用可实现随用随充,可以利用公交车到达终点站司机休息的时间(10—20分钟)对电池进行快速补电,可省去其他材料体系的纯电动公交车夜晚集中充电,所需要的场地建设和人员配置等,更节省费用及资源,更适合公交推广应用。而公交系统正是我国新能源客车推广应用的“主战场”。
  所以,钛酸锂电池是最有希望担当中国纯电动客车领跑世界的冠军选手,是实现中国新能源汽车“弯道超车”和汽车强国梦的先锋。而顶尖的科技力量可以推动中国乃至全世界新能源产业的大幅度前进。

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