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钛酸锂电池为何没有成为主流_钛酸锂电池优缺点详解

2017年11月20日 15:22 互联网 作者: 用户评论(0

  钛酸锂电池是一种用作锂离子电池负极材料-钛酸锂,可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。此外,它还可以用作正极,与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。

钛酸锂电池为何没有成为主流_钛酸锂电池优缺点详解

  钛酸锂(LTO)材料在电池中作为负极材料使用,由于其自身特性的原因,材料与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出,因此普通的钛酸锂电池容易发生胀气,导致电芯鼓包,电性能也会大幅下降,极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。测试数据表明,普通的钛酸锂电池在经过1 500-2 000次左右的循环就会发生胀气的现象,导致无法正常使用,这也是制约钛酸锂电池大规模应用的一个重要原因。

  钛酸锂(LTO)电池性能改进是单个材料的性能的提升以及各关键材料的有机整合的综合体现。针对快速充电与长使用寿命的要求,除负极材料以外,还要针对锂离子电池的其他关键原材料(包括正极材料、隔膜、以及电解液),同时结合特殊的工程化工艺经验,最终形成了“不胀气”的钛酸锂LpTO电池产品,并首先实现了在电动公交客车上的批量应用。

  测试数据表明,在6C充电,6C放电,100%DOD的条件下,钛酸锂LpTO单体电池的循环寿命超过25 000次,剩余容量超过80%,同时电芯产生的胀气现象不明显,不影响其寿命;而重庆快速充电纯电动公交的实际应用情况也表明,在电池成组以后,电性能的表现也相当优异,可以保证纯电动公交客车的日常商业化运营。

  钛酸锂电池优点

钛酸锂电池为何没有成为主流_钛酸锂电池优缺点详解

  1、安全稳定性好

  传统的碳电极在嵌锂之后一旦过充,电极的表面容易析出金属锂,其与电解液接触发生反应会产生可燃性气体,带来安全隐患。钛酸锂的电势比纯金属锂的电势高,不易产生锂晶枝,放电电压平稳,而且,因此提高了锂电池的安全性能。曾有第三方机构对钛酸锂电池进行测试发现,在针刺、挤压、短路等严苛测试下,不冒烟、不起火、不爆炸,安全性远高于其他锂电池。因此也有很多业内人士认为钛酸锂十分适合用在对电池稳定性要求极高的军工等领域。

  电动汽车的安全稳定性能是消费者最为关注的指标,无论续航里程多远,如果不能解决安全问题,消费者开的不过是一辆装着不定时炸弹的车子,而钛酸锂电池的超安全性能无疑将会受到消费者的青睐。

  2、快充性能优异

  与碳负极材料相比,钛酸锂具有较高的锂离子扩散系数,可高倍率充放电。在大大缩短充电时间的同时,对循环寿命的影响较小,热稳定性也较强。据测试,最新技术研发的钛酸锂电池十分钟左右即可充满,比传统的电池有了质的飞跃。

  充电时间太长一直是电动汽车发展过程中难以跨越的障碍。一般采用慢充的纯电动公交车,充电时间至少要4个小时以上,很多纯电动乘用车的充电时间更是长达8个小时。电动车辆的快速充电是未来的趋势,消费者不愿浪费太多时间在等待充电这个环节。

  3、循环寿命长

  电池循环寿命决定整个新能源车的性价比,是未来新能源车脱离补贴政策后的主要竞争点。汽车电池循环寿命的延长,让消费者能够买得起、养得起。

  其他的传统锂离子电池,比如磷酸铁锂电池,在使用过程中会出现容量大幅衰减、寿命缩短的问题,不仅影响了用户的正常使用,还增加了电池更换成本。这种不佳的使用体验,很可能让消费者对电动汽车望而却步,从而不利于新能源汽车行业的可持续发展。钛酸锂电池则很好地解决了这些问题。

  钛酸锂电池在充放电时,锂离子嵌入和脱嵌不会造成钛酸锂晶型结构的变化,因此对钛酸锂材料的结构几乎没有影响。正因如此,钛酸锂也被称为“零应变材料”。钛酸锂电池与当前“慢充最多使用5年、快充最多使用2年”的磷酸铁锂电池相比,优势十分突出。根据试验数据测定,普通电池循环使用寿命平均为3000次,而钛酸锂电池完全充放电循环次数可达3万次以上,在作为动力电池使用10年之后,可能还能作为储能电池再用20年。这也意味着,钛酸锂电池可以做到与车辆同生命周期,用户在实际使用中不用更换电池,几乎不增加后期成本。

  4、耐宽温性能良好

  钛酸锂电池的尖晶石结构具有三维锂离子扩散通道,因此钛酸锂电池在高低温性能上的表现也十分优异。一般电动汽车在零下10℃时充放电就会出现问题,钛酸锂电池耐宽温性能良好,耐用性强,在零下50℃到零上60℃均可正常充放电,无论是在冰封的北国,还是在炎热的南方,车辆都不会因电池“休克”而影响工作,消除了用户的后顾之忧。

  钛酸锂电池的这些优势,能大幅节省充电站场地建设和人员配置成本等,更适合在公交领域的推广应用,而公交系统正是我国新能源客车推广应用的“主战场”。来自目前推广应用新能源车比例最高的公交市场的反馈显示,快充方式更加适合当前公交市场的实际需求。河北邯郸一家公交企业应用钛酸锂电池的新能源公交车运营已有两年多时间,其相关负责人的体会是:“一辆车快充6-10分钟就可以充满,驾驶员换班休息的间隙就能充好。”

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( 发表人:姚远香 )

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