唐堃 金虹 潘廣宏 王國(guó)文 薛嘉漁

一、鈦酸鋰電池技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

自從鋰離子電池在1991年產(chǎn)業(yè)化以來(lái)，電池的負(fù)極材料一直是石墨（包括人造及天然石墨）在一統(tǒng)天下。尖晶石型鈦酸鋰（Li4Ti5O12，LTO）自從1971年Deschanvres等報(bào)道了其合成方法與晶體結(jié)構(gòu)之后[1]，Colbow等和Ohuku等對(duì)其進(jìn)行了比較系統(tǒng)的電化學(xué)性能測(cè)試[2，3]。然而鈦酸鋰作為新型鋰離子電池的負(fù)極材料由于其多項(xiàng)優(yōu)異的性能而受到重視開(kāi)始于20世紀(jì)90年代后期。比如鈦酸鋰材料在鋰離子的鑲嵌及脫嵌過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)能夠保持高度的穩(wěn)定性，晶格常數(shù)變化很?。w積變化

由于多數(shù)專業(yè)鋰電人士從來(lái)沒(méi)有真正動(dòng)手制作過(guò)鈦酸鋰電池產(chǎn)品，或者只是做過(guò)幾次遇到困難（如脹氣）就草草收?qǐng)?。所以他們沒(méi)能靜下心來(lái)仔細(xì)思考一下，為什么大部分制作完美的傳統(tǒng)鋰離子電池通常只能完成1000～2000次充放電循環(huán)壽命？傳統(tǒng)鋰離子電池循環(huán)壽命短的根本原因中是否源于其中的某一個(gè)基本組件-石墨負(fù)極難堪重負(fù)呢？一旦將石墨負(fù)極替換成尖晶石型鈦酸鋰負(fù)極之后，基本相同的鋰離子電池化學(xué)體系就能循環(huán)到幾萬(wàn)乃至幾十萬(wàn)次。另外，在很多人津津樂(lè)道地談?wù)撯佀徜囯姵氐哪芰棵芏绕蜁r(shí)，卻忽略了一個(gè)簡(jiǎn)單而重要的事實(shí)：那就是鈦酸鋰電池超長(zhǎng)的循環(huán)壽命、不同凡響的安全性、優(yōu)異的功率特性以及良好的經(jīng)濟(jì)性。這些特性卻將會(huì)是成就目前正在崛起的大規(guī)模鋰電儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的重要基石。

近10多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦酸鋰電池技術(shù)的研究可謂是風(fēng)起云涌。其產(chǎn)業(yè)鏈可分為鈦酸鋰材料制備、鈦酸鋰電池生產(chǎn)與鈦酸鋰電池系統(tǒng)的集成及其在電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場(chǎng)的應(yīng)用。

1.鈦酸鋰材料

國(guó)際上對(duì)鈦酸鋰材料研究及產(chǎn)業(yè)化方面比較領(lǐng)先的有美國(guó)奧鈦納米科技公司（以下簡(jiǎn)稱“美國(guó)奧鈦”）、日本石原產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社（簡(jiǎn)稱“石原產(chǎn)業(yè)”）、英國(guó)莊信萬(wàn)豐公司（簡(jiǎn)稱“莊信萬(wàn)豐”）等。其中美國(guó)奧鈦生產(chǎn)的鈦酸鋰材料無(wú)論在倍率、安全性、長(zhǎng)壽命及高低溫等方面性能優(yōu)異。但是由于生產(chǎn)方法過(guò)于冗長(zhǎng)精細(xì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高，使其在商業(yè)化推廣上難度較大。石原產(chǎn)業(yè)是亞洲最大的鈦白粉制造商之一，公司在日本、新加坡、臺(tái)灣均有生產(chǎn)基地。石原產(chǎn)業(yè)充分利用其充沛的原材料資源，以濕法工藝成功地開(kāi)發(fā)了多款低成本、高倍率、不同顆粒度的鈦酸鋰產(chǎn)品。其性能相似的產(chǎn)品在價(jià)格比較美國(guó)奧鈦的鈦酸鋰材料有較大的優(yōu)勢(shì)，但比中國(guó)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品則稍遜一籌。莊信萬(wàn)豐接手了原德國(guó)南方化學(xué)公司擁有的磷酸鐵鋰等材料，但在鈦酸鋰材料的研發(fā)與生產(chǎn)方面投入不足，產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定。

國(guó)內(nèi)在鈦酸鋰材料量產(chǎn)方面已有多家，如四川興能新材料有限公司（簡(jiǎn)稱“四川興能”）、河北銀隆新能源有限公司（簡(jiǎn)稱“河北銀隆”）、湖州微宏動(dòng)力有限公司（簡(jiǎn)稱“湖州微宏”）、深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司（簡(jiǎn)稱“深圳貝特瑞”）、湖南杉杉新材料有限公司（簡(jiǎn)稱“湖南杉杉”）以及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰生產(chǎn)廠家。

四川興能是一家專業(yè)生產(chǎn)鈦酸鋰材料的廠家，年產(chǎn)能達(dá)3 000t，鈦酸鋰生產(chǎn)工藝具有客戶適應(yīng)性和穩(wěn)定性，可在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)線和設(shè)備的情況下靈活調(diào)整，生產(chǎn)出適合不同客戶要求的鈦酸鋰，并保持產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定。興能依靠上游的鋰礦與鈦礦資源，可實(shí)現(xiàn)從原礦到最終材料的協(xié)同生產(chǎn)，由此可實(shí)現(xiàn)鈦酸鋰產(chǎn)品性能提升和成本降低，避免原料市場(chǎng)波動(dòng)帶來(lái)的影響。

河北銀隆于2011年完成了對(duì)美國(guó)奧鈦納米科技公司53.6%的股權(quán)的收購(gòu)從而成為國(guó)內(nèi)少有的一家同時(shí)擁有鈦酸鋰材料制備、電池生產(chǎn)、鈦酸鋰電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、調(diào)頻調(diào)峰等應(yīng)用的多項(xiàng)核心技術(shù)與30多項(xiàng)專利的企業(yè)。目前北方奧鈦納米技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“北方奧鈦”）的鈦酸鋰材料年產(chǎn)能100t并為北方奧鈦和河北銀隆提供高品質(zhì)的納米級(jí)鈦酸鋰。根據(jù)市場(chǎng)需求，該產(chǎn)線將于2015年完成擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)能3 000t納米鈦酸鋰材料。河北銀隆新能源還與石原產(chǎn)業(yè)就新型鈦酸鋰材料的研發(fā)開(kāi)展了戰(zhàn)略合作，材料的成本將隨著其產(chǎn)量的增加而下降，未來(lái)幾年內(nèi)有望接近目前石墨負(fù)極材料的成本價(jià)格。

湖州微宏是目前在國(guó)內(nèi)業(yè)界推廣鈦酸鋰電池技術(shù)和其它快充類電池最成功的企業(yè)之一。湖州微宏生產(chǎn)的鈦酸鋰材料主要用于自己生產(chǎn)的鈦酸鋰電池產(chǎn)品。湖州微宏鈦酸鋰電池產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)不斷擴(kuò)大也對(duì)鈦酸鋰技術(shù)在電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場(chǎng)上的應(yīng)用起到了良好的示范作用。

深圳貝特瑞是目前世界上最大的鋰電碳負(fù)極供應(yīng)商。公司具有強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，也是鈦酸鋰行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草者之一。深圳貝特瑞強(qiáng)大的銷售網(wǎng)絡(luò)也將在鈦酸鋰市場(chǎng)銷售中占盡先機(jī)，已經(jīng)推出碳包覆鈦酸鋰和無(wú)碳包覆鈦酸鋰的2款產(chǎn)品。然而，目前鈦酸鋰材料并非貝特瑞的主打產(chǎn)品。在鈦酸鋰電池市場(chǎng)尚未全面鋪開(kāi)的情況下，公司還沒(méi)有在鈦酸鋰材料的生產(chǎn)上制定長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃。

國(guó)內(nèi)其他鈦酸鋰材料生產(chǎn)或相關(guān)的廠家還有湖南杉杉、安徽天康股份有限公司（簡(jiǎn)稱“安徽天康”）、合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司、中鹽紅四方股份有限公司、安徽威力能源新材料有限公司、蘇州智創(chuàng)電能儲(chǔ)存科技有限公司、鹽光科技（嘉興）有限公司、深圳天驕科技有限公司、深圳金科特種材料有限公司、東莞深泓實(shí)業(yè)有限公司、天津巴莫科技股份有限公司、河北強(qiáng)能鋰電科技股份有限公司、黑龍江遠(yuǎn)方新能源科技開(kāi)發(fā)有限公司、錦州朋大鈦白粉制造有限公司等企業(yè)。

2.鈦酸鋰電池及其在電動(dòng)車和儲(chǔ)能方面的應(yīng)用

國(guó)際上能夠批量生產(chǎn)鈦酸鋰電池的廠家并不多，主要以美國(guó)奧鈦與日本東芝集團(tuán)為代表。鈦酸鋰電池的應(yīng)用市場(chǎng)主要有電動(dòng)車（巴士、軌道交通等）、儲(chǔ)能市場(chǎng)（調(diào)頻、電網(wǎng)質(zhì)量、風(fēng)場(chǎng)等）及工業(yè)應(yīng)用（港口機(jī)械、叉車等）。

美國(guó)奧鈦的鈦酸鋰電池制造方面有其獨(dú)特的核心技術(shù)，在國(guó)際上大規(guī)格鈦酸鋰電池制造方面仍處于領(lǐng)先地位，并已解決了所謂的“脹氣”問(wèn)題。目前其第4代65Ah單體鈦酸鋰電池已用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，在65C循環(huán)上萬(wàn)次仍無(wú)明顯的容量衰減。在鈦酸鋰電池系統(tǒng)應(yīng)用方面，奧鈦為美國(guó)加州提供的Proterra混合電動(dòng)巴士已于2008年投入運(yùn)行至今。其燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為106.4kg/L遠(yuǎn)高于普通柴油發(fā)電機(jī)的23.8kg/L。公司為夏威夷自然能源所的10.5MW風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)提供了1MW的存儲(chǔ)系統(tǒng)并與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的并網(wǎng)，同時(shí)提供為期3年的技術(shù)支持服務(wù)。此鈦酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要用于調(diào)控可再生能源的電壓波動(dòng)，并將機(jī)組的負(fù)荷變化率控制在1MW/min以內(nèi)。奧鈦還為美國(guó)能源企業(yè)AES提供的2套用于電網(wǎng)調(diào)頻能量存儲(chǔ)系統(tǒng)分別從2009年5月和2010年4月開(kāi)始運(yùn)行至今。奧鈦的1MW大容量高功率儲(chǔ)能機(jī)組是目前在美國(guó)電網(wǎng)（PJM，ILP）中唯一得到2年多實(shí)地商業(yè)運(yùn)作和性能質(zhì)量檢驗(yàn)通過(guò)的大容量鈦酸鋰電池產(chǎn)品。儲(chǔ)能系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)超過(guò)500 000次，充放電總電量超過(guò)3 300MWh，系統(tǒng)容量損失小于2%，且功率并沒(méi)有明顯的衰減。

日本東芝批量生產(chǎn)以“SCiB”為品牌的鈦酸鋰電池。其中3.2Ah、10Ah及20Ah鋁殼方形電池主要用于電動(dòng)摩托、電動(dòng)汽車及汽車啟停電池。SCiB電池有著快速充電和長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)，10min即可充電90%以上，反復(fù)充放電3 000次電量容量衰減不足10%，已經(jīng)批量應(yīng)用于“EV—neo”電動(dòng)摩托車上。在儲(chǔ)能方面，東芝借日本新陽(yáng)光計(jì)劃之東風(fēng)正在將鈦酸鋰電池應(yīng)用到大規(guī)模儲(chǔ)能電站及家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)。另一家日本企業(yè)村田已開(kāi)發(fā)了采用5V鎳錳酸鋰為正極的新型鈦酸鋰電池。其電壓差為3.2V，能量密度可達(dá)到130Wh/kg，超過(guò)了目前磷酸鐵鋰電池的水平。

國(guó)內(nèi)在鈦酸鋰電池生產(chǎn)方面已有多家，如湖州微宏、河北銀隆、天津市捷威動(dòng)力工業(yè)有限公司（簡(jiǎn)稱“天津捷威”）、四川興能、中信國(guó)安盟固利電源技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“中信國(guó)安盟固利”）、湖南杉杉及安徽和深圳周邊的多家規(guī)模較小的鈦酸鋰電池生產(chǎn)廠家。湖州微宏自2006年成立以來(lái)一直致力于鈦酸鋰技術(shù)開(kāi)發(fā)。公司對(duì)其鈦酸鋰電池生產(chǎn)需要的鈦酸鋰材料、隔膜、電解液以及正極材料進(jìn)行了垂直整合。近年來(lái)為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，湖州微宏具備了日產(chǎn)8萬(wàn)只10Ah的鈦酸鋰電池產(chǎn)品的產(chǎn)能以及2倍于的鈦酸鋰電池的多元正極鋰電池產(chǎn)品的產(chǎn)能。截至2014年底，湖州微宏的10min快速充電電池系統(tǒng)已裝備了超過(guò)3 000輛混合動(dòng)力為主的電動(dòng)大巴，主要銷往英國(guó)、荷蘭及中國(guó)重慶等地。在儲(chǔ)能市場(chǎng)方面，湖州微宏分別在美國(guó)的佛蒙特州及中國(guó)重慶安裝了用于電網(wǎng)調(diào)頻及電網(wǎng)需求管理的LpTOTM鈦酸鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

河北銀隆目前量產(chǎn)的鈦酸鋰電池產(chǎn)品有20Ah和65Ah軟包電池以及25Ah、30Ah和55Ah圓柱電池，性能指標(biāo)已達(dá)到美國(guó)奧鈦生產(chǎn)的鈦酸鋰電池。電池100%DOD的循環(huán)次數(shù)超過(guò)16 000次，10%DOD則達(dá)到160萬(wàn)次。這幾款電池均已通過(guò)北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)鑒定試驗(yàn)所（201所）的第三方檢測(cè)。在應(yīng)用方面，銀隆新型純電動(dòng)公交車使用了圓柱形、壽命長(zhǎng)、充放電快的鈦酸鋰電池，續(xù)航里程可達(dá) 30～80km，快速充電只需6～10min，也可用夜間谷電慢充30～60min充滿。該系列車型已經(jīng)成功地投放于廣東湛江、河北邯鄲、石家莊等地公交系統(tǒng)。銀隆專為北京公交設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的仿古鐺鐺車于2014年9月投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。該車還被指定為北京APEC會(huì)議的官方指定用車。在儲(chǔ)能市場(chǎng)，銀隆分別與國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)合作承擔(dān)了儲(chǔ)能方面的863國(guó)家項(xiàng)目，為張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范站和深圳寶清電池儲(chǔ)能站分別提供了2個(gè)2MWh和1個(gè)600kWh鈦酸鋰系統(tǒng)的部分模塊、電池箱設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)解決方案。

天津捷威得到了美國(guó)奧鈦的鈦酸鋰電池生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓，并結(jié)合自己多年來(lái)在聚合物軟包動(dòng)力電池生產(chǎn)方面的技術(shù)積累而獨(dú)居特色。公司成功地突破了脹氣難題，已具備批量生產(chǎn)大規(guī)格單體鈦酸鋰電池的技術(shù)及能力，電池容量達(dá)到60Ah，累計(jì)出貨量為2 000萬(wàn)Ah。該電池可以承受10C以上連續(xù)充放電，壽命達(dá)到2萬(wàn)次以上，溫度范圍為-40～60℃，主要應(yīng)用于快充大巴和調(diào)頻的儲(chǔ)能電站。

四川興能采用改性鈦酸鋰為負(fù)極量產(chǎn)了以20AhLTO/NCM軟包電池產(chǎn)品以及錳泰龍系列新型鈦酸鋰電池產(chǎn)品。其在10C的倍率充電與放電分別為：90%與73%。其5C充放電經(jīng)上萬(wàn)次循環(huán)容量未見(jiàn)明顯衰減。除此之外，天津大學(xué)推出了400Ah磷LFP/LTO圓柱形鋰離子電池，中信國(guó)安盟固利、湖南杉杉及安徽天康等公司均有小批量的鈦酸鋰電池產(chǎn)品的生產(chǎn)。

二、鈦酸鋰材料特性及其前沿科學(xué)研究

固相法具有操作簡(jiǎn)便，易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。但固相法要求較高的熱處理溫度和燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，能耗大，同時(shí)粒徑較難控制，均勻性和重現(xiàn)性較差，對(duì)鈦酸鋰的電化學(xué)性能影響較大。合成一般是按計(jì)量學(xué)比例將TiO2與LiOH·H2O或Li2CO3混合，然后在高溫下燒結(jié)12～24h得到產(chǎn)物L(fēng)i4Ti5O12。為了使原料能夠充分混合均勻，可采用球磨等方法進(jìn)行混料得到理想的粒度分布。

用可溶性鈦鹽、鋰鹽為原料在水熱條件下可以直接或間接合成Li4Ti5O12。通常在水熱法后需要高溫?zé)Y(jié)，但燒結(jié)溫度大大降低，燒結(jié)時(shí)間短。所以與高溫固相法相比較，可以在一定程度上降低顆粒的團(tuán)聚，得到粒度分布較窄顆粒表面均勻的產(chǎn)品。該方法制備可以得到庫(kù)侖效率高，倍率性能好和循環(huán)穩(wěn)定的鈦酸鋰材料。

溶膠-凝膠法在制備過(guò)程中，反應(yīng)在液相中進(jìn)行以達(dá)到起始物質(zhì)的均勻混合，制備出納米尺寸的化合物，經(jīng)較短時(shí)間的高溫?zé)Y(jié)，熱處理溫度較低。通過(guò)溶膠-凝膠法制備的材料通常具有較均勻的形貌、較窄的粒徑分布，所以其電化學(xué)性能較好。但該方法通常需要引入大量有機(jī)化合物，使合成過(guò)程變得較為復(fù)雜，對(duì)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用不理想。

熔鹽合成法是以一種或多種低熔點(diǎn)的鹽類作為反應(yīng)介質(zhì)，初始物質(zhì)能夠在低熔點(diǎn)的熔融鹽中參加反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在原子級(jí)別。在生成鈦酸鋰產(chǎn)物形成后，選擇適當(dāng)?shù)娜軇⒌腿埸c(diǎn)的鹽類化合物除去，再經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌和干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物。通常選取硫化鋰（LiCl）和氯化鉀（KCl）鹽等低熔點(diǎn)介質(zhì)來(lái)制備了Li4Ti5O12。反應(yīng)物在較高溫度的熔融液相介質(zhì)中比在固相介質(zhì)中具有更快的反應(yīng)速度，使反應(yīng)產(chǎn)物得以在較低的溫度、較短的時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)產(chǎn)物的組分也相對(duì)精確，純度較高。

碳包覆不僅能提高鈦酸鋰材料的電導(dǎo)率，它還能夠有效地防止顆粒間的團(tuán)聚，降低接觸內(nèi)阻，提高電池的倍率性能。此外，由于碳包覆也是一種制備納米材料的高溫處理手段，有助于提高納米材料的結(jié)晶性?？梢圆捎玫奶荚春芏嗳缣穷悺⒕酆衔?、碳黑、活性碳、碳納米管、碳纖維等。在鈦酸鋰制備過(guò)程中加入含碳物質(zhì)，經(jīng)高溫處理時(shí)碳及非碳元素?zé)峤夂?，部分剩余的碳將沉積在鈦酸鋰顆粒表面，實(shí)現(xiàn)了表面碳包覆改性。含碳物質(zhì)在熱解時(shí)產(chǎn)生的還原性氣氛將提高反應(yīng)物的活性，包覆碳還助于Li+在顆粒中的擴(kuò)散。表面的碳層可以抑制顆粒之間的團(tuán)聚，抑制過(guò)大的晶粒生成；同時(shí)導(dǎo)電碳層也將增強(qiáng)鈦酸鋰顆粒與集流體之間的接觸，促進(jìn)電流的傳導(dǎo)。其他導(dǎo)電添加劑有銀（Ag）、鋅（Zn）、銅（Cu）等都被研究用于增加鈦酸鋰的導(dǎo)電性，加強(qiáng)鈦酸鋰電池的容量發(fā)揮、循環(huán)壽命的增加及倍率性能的改善[6]。

三、鈦酸鋰電池技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及其發(fā)展方向

1.在中國(guó)發(fā)展鈦酸鋰電池技術(shù)的理由

鈦酸鋰電池技術(shù)在我國(guó)各種儲(chǔ)能電池（如先進(jìn)鉛酸、鈉硫、液流釩等電池體系）中的競(jìng)爭(zhēng)應(yīng)該占有天時(shí)、地利、人和之優(yōu)勢(shì)。光就使用壽命而言，鈦酸鋰電池超長(zhǎng)的循環(huán)壽命遠(yuǎn)勝于各類鉛酸電池；其效率、成本及電化學(xué)性能更是優(yōu)于鈉硫與液流釩等電池體系。鋰電產(chǎn)品歷年來(lái)主要市場(chǎng)是便攜式電器如手機(jī)和手提電腦等。根據(jù)在日本舉行的第6屆國(guó)際充電型電池展，在2015年度全球便攜式電器的市場(chǎng)為49 119MWh；而電動(dòng)車與儲(chǔ)能各為7 636MWh和944MWh。中國(guó)的手機(jī)與手提（平板）電腦的用量雖大，但大部分都不屬國(guó)內(nèi)品牌。所以國(guó)內(nèi)鋰電廠家在便攜式電器上的鋰電銷售能力輸于日韓產(chǎn)品。其原因筆者近期已有觀點(diǎn)發(fā)表，在此不再贅述[9]。然而，鈦酸鋰技術(shù)的適用市場(chǎng)卻是混合電動(dòng)車、特殊工業(yè)應(yīng)用及儲(chǔ)能應(yīng)用如調(diào)頻及電網(wǎng)電壓支撐等。這些市場(chǎng)在全世界尚處于起步階段，誰(shuí)執(zhí)牛耳尚未可知。鈦酸鋰技術(shù)有望成為這些市場(chǎng)中的佼佼者。

中國(guó)人口基數(shù)占全世界約1/5。由于人口眾多，中國(guó)的電動(dòng)車、儲(chǔ)能及工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)是一個(gè)讓許多國(guó)家的跨國(guó)公司所垂涎的巨大市場(chǎng)。近年來(lái)中國(guó)政府對(duì)電動(dòng)車及儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度重視，各類國(guó)家鼓勵(lì)政策紛紛出臺(tái)。中國(guó)產(chǎn)的鈦酸鋰電池系統(tǒng)在重慶及歐洲的混合電動(dòng)大巴、張北的風(fēng)光儲(chǔ)示范站及深圳寶清儲(chǔ)能電站已有了幾年的商業(yè)化應(yīng)用數(shù)據(jù)積累。另外，我國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的上下游早已成氣候，除了完備的電池材料供應(yīng)與設(shè)備制造能力之外，鋰電池產(chǎn)品的生產(chǎn)能力也與日、韓2國(guó)三分天下。這就使得我國(guó)的鋰電生產(chǎn)廠家從傳統(tǒng)鋰電生產(chǎn)轉(zhuǎn)型到鈦酸鋰電池產(chǎn)品生產(chǎn)具備了先天的條件。我國(guó)在鈦酸鋰材料生產(chǎn)方面早已有了像四川興能、河北銀隆、湖州微宏等既有實(shí)力又有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。在鈦酸鋰電池生產(chǎn)方面脫穎而出的代表企業(yè)有湖州微宏、河北銀隆、天津捷威等。這些企業(yè)都已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場(chǎng)初步建立了自己的銷售渠道。尤其值得指出的是河北銀隆擁有從材料生產(chǎn)到電池制作及系統(tǒng)集成一系列專有技術(shù)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)，目前中國(guó)鋰電界尚屬少見(jiàn)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)廠家。

2.鈦酸鋰材料、電池及電池組制作的瓶頸

既然鈦酸鋰電池技術(shù)有諸多其他鋰電無(wú)法比擬的優(yōu)越性，那為何至今為止在中國(guó)能源行業(yè)乃至世界能源領(lǐng)域應(yīng)用寥寥呢？原因有以下3個(gè)方面。

①鈦酸鋰材料生產(chǎn)

鈦酸鋰材料的生產(chǎn)從原則上說(shuō)并不復(fù)雜。但要用作鋰離子電池的負(fù)極材料，不但需要講究材料具有合適的比表面積、粒度、密度和電化學(xué)性能等，還必須能夠適應(yīng)于大規(guī)模鋰電池的生產(chǎn)工藝。鈦酸鋰材料在很多傳統(tǒng)鋰電生產(chǎn)線上無(wú)法正常生產(chǎn)的原因之一就是材料的pH為11或12，吸濕性極強(qiáng)。這就使得鈦酸鋰材料在電池制作的前段工藝如配料、攪拌、涂布、滾壓時(shí)隨地點(diǎn)、氣候、季節(jié)的不同而材料的吸潮量也不同，最終導(dǎo)致產(chǎn)品脹氣、質(zhì)量失控。筆者認(rèn)為，如何降低材料的吸潮性，在鈦酸鋰材料表面包覆一薄層憎水性材料同時(shí)又不阻擋鋰離子與電子的進(jìn)出應(yīng)該是一個(gè)很值得研究的課題。

②鈦酸鋰電池制作

在事實(shí)上，將常規(guī)鋰離子電池生產(chǎn)線直接用來(lái)生產(chǎn)鈦酸鋰電池產(chǎn)品并不像僅僅把石墨換成鈦酸鋰材料那樣簡(jiǎn)單。因?yàn)殁佀徜嚥牧蠈?duì)濕度的要求比常規(guī)鋰離子電池生產(chǎn)要高得多。為了控制濕度，有些制備工藝需要做相應(yīng)的調(diào)整以適應(yīng)鈦酸鋰電池產(chǎn)品生產(chǎn)的特殊要求。另外，有些生產(chǎn)設(shè)備也需要做相應(yīng)的改進(jìn)。如果有條件的話，最好能專門為鈦酸鋰電池產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)一條結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、全封閉式的自動(dòng)化生產(chǎn)線。

③鈦酸鋰電池組

與常規(guī)鋰離子電池不同，目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的鈦酸鋰電池在成組投入應(yīng)用一段時(shí)期后常會(huì)看到軟包的單體電池內(nèi)有微量的氣體產(chǎn)生。這些氣體與新鮮電池化成時(shí)產(chǎn)生的氣體不同。前者能夠通過(guò)電池生產(chǎn)工藝來(lái)去除。但后者則是在電池使用過(guò)程中產(chǎn)生的，或者說(shuō)在目前的工藝條件下很難避免。以軟包電池為例，一般鈦酸鋰電池組是靠?jī)啥私Y(jié)實(shí)的夾板壓力來(lái)保持電池極片之間的均勻接觸以維持電流密度的均一性，無(wú)論產(chǎn)氣與否。過(guò)多的氣體產(chǎn)生顯然會(huì)影響其性能發(fā)揮。這時(shí)東芝的鋁殼鈦酸鋰電池就顯示出其優(yōu)越性了，硬殼可以將少量氣體保持在電池內(nèi)而不產(chǎn)生過(guò)大的形變。然而，鋁殼電池做大之后（如50Ah）硬體外殼抵御氣壓的功效也就減弱了。筆者認(rèn)為，研究循環(huán)時(shí)氣體產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理應(yīng)該不失為一個(gè)很好的科研題目。

另外，由于鈦酸鋰電池技術(shù)的優(yōu)越性之一是其高功率性能。雖然電池本身可以承受大電流充放電，但厚的單體電池仍然不適于高功率應(yīng)用因?yàn)殡姵靥駮?huì)造成大電流產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)。所以對(duì)大功率鈦酸鋰電池來(lái)說(shuō)，尺寸大而薄的軟包電池結(jié)構(gòu)仍不失為一個(gè)合理的選擇。

3.鈦酸鋰技術(shù)的今后發(fā)展方向

最后，在此有必要綜合概括一下鈦酸鋰材料作為鋰電負(fù)極的優(yōu)劣勢(shì)，優(yōu)勢(shì)：超高安全性（不易燃不易爆）、超長(zhǎng)壽命、高低溫工作范圍寬（-40～65℃）、高功率、低成本（電池負(fù)極僅占全電池成本的20%～30%，按每次循環(huán)的成本來(lái)算，鈦酸鋰電池的價(jià)格并不高；鈦酸鋰電池系統(tǒng)應(yīng)用于儲(chǔ)能意味著減少了大批更換上萬(wàn)個(gè)電池的次數(shù)及其維護(hù)成本；另外，鈦酸鋰負(fù)極的集流體是鋁，而非昂貴的銅）以及綠色環(huán)保。劣勢(shì)：鈦酸鋰材料能量密度低（比較石墨而言）、吸水性強(qiáng)，電池制作的環(huán)境要求高、生產(chǎn)工藝要做相應(yīng)的更新、新工藝需要投資必要的設(shè)備與更高要求的濕度控制（電池生產(chǎn)廠需要被指導(dǎo)如何正確生產(chǎn)鈦酸鋰電池）、以及鈦酸鋰電池的應(yīng)用市場(chǎng)尚未充分打開(kāi)（需要讓市場(chǎng)用戶及政策制定者充分了解鈦酸鋰系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)）。

四、結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前中國(guó)政府大力倡導(dǎo)開(kāi)發(fā)新能源及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大環(huán)境下，如何推動(dòng)鈦酸鋰電池技術(shù)及其在電動(dòng)車和儲(chǔ)能市場(chǎng)上的應(yīng)用對(duì)中國(guó)鈦酸鋰電池產(chǎn)業(yè)而言是機(jī)不可失，時(shí)不再來(lái)。對(duì)于國(guó)內(nèi)的河北銀隆、湖州微宏、四川興能、深圳貝特瑞等擁有一部分自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)勢(shì)及銷售渠道的企業(yè)應(yīng)該是得天獨(dú)厚的機(jī)會(huì)。很多人沒(méi)有意識(shí)到中國(guó)在鈦酸鋰技術(shù)方面的知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢(shì)是目前以磷酸鐵鋰電池為主的所謂“主流化學(xué)”所不具備的。開(kāi)發(fā)高容量高電位正極材料（如NCA或鎳錳酸鋰）以提高鈦酸鋰電池的能量密度是趕超日韓的一步妙棋。當(dāng)然，同時(shí)必須對(duì)整個(gè)鋰離子電池化學(xué)體系進(jìn)行研究，如高電位電解液和抗氧化隔膜等課題研究。中國(guó)鋰電行業(yè)開(kāi)發(fā)鈦酸鋰電池技術(shù)的努力將會(huì)得到正在崛起的電動(dòng)車、儲(chǔ)能及工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)可觀的回報(bào)。

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