探讨钛酸锂动力电池的应用前景

2008年东芝报道了4.2Ah SCiB超级锂电池(Super Charge ion Battery)高功率钛酸锂锂离子动力电池，标称电压为2.4V，能量密度约为67.2Wh/kg(131.6Wh/L)。由10个单元串联组成的标准模块能量密度约为50.4 Wh/kg(74.7 Wh/L)。在快速充放电条件下〔25℃，10C(42A)充电，15A放电〕，充放电循环3 000次，容量衰减不到10%。以50A的大电流进行快充，电池单元及标准模块均可在5min充满90%以上的容量。电池还具有良好的低温放电性能，在-30℃仍可放出80%以上的容量。

 

同期美国EnerDel、Altairnano公司也报道了各自研发的钛酸锂动力电池适用于电动车和储能领域。美国EnerDel公司开发的5Ah混合动力车用锂离子电池，正极使用尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)材料。电池单元以50C倍率连续放电可以放出1C容量的95%以上，电池的温度仅有34.4℃。在-30℃的条件下，以1C倍率放电仍可放出90%以上的容量。循环寿命方面，在55℃的高温下，即使多次进行100%DOD 5C充放电循环，1 000次循环后仍有95%以上的容量保持率，显示出优异的性能。美国Altair Nanotechnologies公司开发的10Ah高功率锂离子电池，以Li4Ti5O12为负极材料，钴酸锂(LiCoO2)基材料为正极，100%DOD 10C充放电循环寿命更是高达20 000次以上，在50%荷电状态下10s输出功率密度接近5 000W/kg，10s输入功率密度大于4 000W/kg，并且具有优异的低温放电性能，即使在-40℃的低温下，电池的平均电压仍达到2.1V以上，可以放出60%以上的容量。电池的热稳定性能也十分优异，即使在240℃的高温下，将电池储存30min 后不冒烟、不着火、不爆炸。从此以钛酸锂为负极的锂离子动力电池成为国内外公司和科研院所研发的热点。

 

钛酸锂电池的工作电压一般在2.2~2.5V，是碳负极电池工作电压的2/3左右，在比能量相同的情况下，需要钛酸锂电池的数量会多出1/3，因此钛酸锂电池每瓦时的成本稍高。但是考虑10年以上的使用寿命，其长周期使用成本则大大降低。近年来，我国采用钛酸锂电池为动力源的新能源汽车已开始投入运营，钛酸锂电池已实现国产化。已有钛酸锂电池应用报道的国内企业包括湖州微宏动力有限公司(简称“微宏动力”)、中信国安盟固利电源技术有限公司(简称“盟固利”)、珠海银隆新能源有限公司(简称“珠海银隆”)、 安徽天康(集团)股份有限公司(简称“安徽天康”)等，应用于快充型纯电动客车、插电式混合动力客车、双源无轨电车等。

 

2011年微宏动力推出10Ah钛酸锂电池，应用于快充纯电动及混合动力公交车，在重庆经过1年多的运行，行驶5万多千米，充电2 000多次，在重庆山地和44℃高温的考验下，经测试衰减不到1%。

 

2013年盟固利推出8.5Ah钛酸锂电池，单体电池6C充放电循环12 000次容量保持初始容量的90%，电池组的寿命预计将达到80%，15 000次;6C可充入91%容量，12C可充入85%容量。2014年初试运行于北京双源无轨电车，如图2所示。每天充放电约30次，运行一年后随机对电池进行测试，测试数据显示运行一年后电池容量及功率均无衰减，见图3。2014年底盟固利为北京公交集团进一步提供了30套钛酸锂电池系统。

 

珠海银隆于2010年收购了掌握先进钛酸锂电池技术的Altair Nanotechnologies公司51%的股份，开始投产钛酸锂电池，主要产品是180Ah的环形电池和45Ah的圆柱电池，应用于储能和电动汽车领域。据报道2014年底在珠海投放了500辆纯电动公交车。

 

当前国内钛酸锂电池性能与国外差距不大，钛酸锂电池具有快速充电、长寿命、高安全和良好的低温特性等优点，用于新能源汽车领域正逐渐获得青睐。北汽福田汽车股份有限公司、中通客车、金龙联合汽车工业(苏州)有限公司、厦门金龙汽车集团股份有限公司、安徽安凯汽车股份有限公司、宁波南车时代传感技术有限公司等多家主流客车厂已相继推出钛酸锂动力电池的新能源客车。