钛酸锂电池技术发展现状

最近，一个关于钛酸锂电池的研讨会无锡闭幕。业界对钛酸锂的热情超出了想象。嘉宾们就一些议题进行了全面深入的讨论，与会者表示他们受益匪浅。笔者梳理了众多演讲者的演讲内容，从中可以窥见钛酸锂电池的技术发展现状，以及业界对关键问题的看法。

钛酸锂电池性能研究进展

储能被认为是新能源的下一个出口，钛酸锂电池储能领域的应用备受期待。中国电力科学研究院院长黎晓康分享了他们团队钛酸锂储能电池改造技术、评价技术和系统应用技术方面的研究和应用经验。通过研究，他们发现钛酸锂电池的寿命受日历时间的影响很大。目前主要用于循环寿命和加速老化。接下来，有必要找到日历时间与加速老化之间的关系，优化现有的电化学模型，并将其与未来更详细的边界条件相结合，以提高锂离子储能电池加速评估方法的准确性。

更快的充电速度和更长的使用寿命是人们对动力电池的不断期望。卫鸿电力系统（湖州）有限公司（以下简称“卫鸿电力”）技术副总裁刘文娟介绍了公司动力电池的研发进展。微宏电源产品路线图显示，公司开发的电池技术经历了“lpto lpco MPCO”的演变，lpto电池充电率达到6C，循环寿命达到25000次；lpco电池的能量密度为120~140wh/kg，充电速率为4C，循环寿命超过10000次，可-30℃下启动；2017年开发的MPCO电池的质量能量密度为170wh/kg，体积能量密度为300wh/L，充电速率为4C，循环寿命超过7000次。这个电池原计划装出租车上。

天津洁威电力实业有限公司（以下简称“洁威电力”）开发了48ah高能钛酸锂电池。目前，产品1C充电下的能量密度达到115wh/kg；6C下，恒流充电比达到84%，6C放电容量保持率达到95%，-20℃放电容量保持率达到77%。洁威电力技术总监王志伟表示，公司预计2017年底前完成120wh/kg产品的开发。对于钛酸锂电池来说，这种能量密度确实不低，这也引起了会议上的热烈讨论。

天津大学化工学院应用化学系唐志远教授研制了一种圆柱形超大容量单体400ah钛酸锂/磷酸铁锂电池。该电池首次采用热稳定性好的磷酸铁锂作为正极材料，零应变钛酸锂作为负极材料。从动力电池内部结构设计入手，解决了电池内部散热、电流密度分布与超大容量、大功率之间的矛盾，保证了电池的安全性和循环寿命（800倍以上）。此外，该团队还设计了一种新型不锈钢外壳，其成本较低，具有很强的实用性能，如耐压和抗冲击性。据了解，该项目已获得十多项国家授权发明专利。除民用外，航空航天、军事等领域具有广阔的工业应用前景。

钛酸锂电池的材料创新

钛基负极材料：复旦大学化学系新能源研究所夏永耀教授开发了一种新型锂离子电池负极材料——li2tisi5。这种钛基负极材料填补了现有商用锂离子电池用碳与钛酸锂负极材料之间的空白，具有一定的应用前景。

虽然“零应变”材料Li4Ti5O12避免了石墨负枝晶的问题，但其较低的理论容量（160 MAH/g）和较高的嵌锂电位（相对于金属锂为1.5V）导致电池的能量密度较低。为了保证电池的安全性和高能量密度，迫切需要开发容量较大、嵌锂电位低于1V但不接近锂沉积电位的新型正极材料。夏永耀教授科研团队开发的新型钛基正极材料Li2TiSO5不仅容量大（308ma/g），而且嵌锂电位相对较低（约0.28V，vs.Li+/Li），对钛酸锂电池的进一步发展具有重要意义。

高性能微纳负极材料：深圳贝特瑞新能源材料有限公司（以下简称“贝特瑞”）较早开发了钛酸锂产品。贝特里研究院院长任建国表示，公司第二代微纳结构（lto-2s）产品优化了孔隙分布，采用了球形设计，有利于提高振动和压实度。这种微纳负极材料主要用于“超级电力”，该材料已于2016年成功批量生产。据battery china报道。beiteri的第三代产品（lto-3s）于2017年开始开发。

石墨烯复合钛酸锂负极材料：针对钛酸锂电池导电性差、锂扩散系数低、能量密度低的问题，天津普兰能源科技有限公司开发了石墨烯复合钛酸锂负极材料。采用该材料作为负极的电池具有安全性好、循环寿命长、体积应变小、SOC利用率高等优点。

改性钛酸锂材料：山东玉皇新能源科技有限公司开发了用于制造高性能电池的改性钛酸锂材料。公司通过碳氮导电层改性和离子掺杂提高电子导电性；纳米氧化物/氮化物的表面改性提高了比容量。循环方面，1C时的比容量为174.2mah/g，1100次循环时的容量保持率为90.4%；放大率方面，10C的比容量约为120mAh/g；恒流15C快速充电（约3.5min），充电约为额定容量的90%。

关于天然气生产的探讨

天津洁威电力工业有限公司董事长郭春泰表示，钛酸锂电池存几个主要问题：能量密度低、制造困难和成本高。其中，天然气生产是钛酸锂电池生产和使用中长期存的问题。如果控制不当，会一定程度上影响电池的安全性能。

至于气体产生的原因，清华大学深圳研究生院副教授何彦兵认为，钛酸锂与电解质溶剂之间的固有界面反应是电池气体产生的主要原因，产生的气体主要包括氢气、一氧化碳和二氧化碳。

那么，我们应该如何处理钛酸锂电池的气体生产？中国科学院成都有机化学研究所研究员范伟峰对此持乐观态度。他以产气问题是否影响动力电池的应用为判断标准。例如，循环次数少于10000次的动力电池受气体产生的影响较小；生产中，一些企业软包装电池上留下一个小气囊，为产生的气体留出空间。因此，范伟峰认为，天然气生产对钛酸锂电池的影响很小。

银龙新能源电池研究所研发经理詹世英认为，气体生产是锂电池普遍存的化学问题，解决的关键于材料和生产技术。

何彦兵团队的解决方案是钛酸锂和电解质界面之间建立一层隔离层（例如，钛酸锂表面构建一层纳米碳涂层），并与隔离层上形成的SEI膜配合，能显著抑制钛酸锂/电解质的界面反应，提高钛酸锂的循环稳定性。他们开发了无气纳米、亚纳米和微米级致密钛酸锂材料，具有高密度、高倍率和长循环性能。

微宏电源改善了钛酸锂电池正极材料，调整了电解液配方和生产工艺。因此，微宏电源生产的软包装lpto电池具有较高的安全性；洁威动力采用高电位强制成膜措施解决问题；天津普兰能源科技有限公司还降低或阻断了反应的活性点。

此外，对于天然气生产和安全问题，台湾工业技术研究院工业经济与趋势研究中心高级行业分析师吕雪龙认为，方形电池比软包装电池更安全。山东玉皇新能源科技有限公司首席科学家薛家宇强调，电池安全是一项系统工程，而不仅仅是一两种材料的问题。尽管钛酸锂电池存产气问题，但他仍然认为钛酸锂电池是目前最安全的电池。

同时，一些嘉宾也对钛酸锂的粒径表达了自己的看法。最初，业界认为钛酸锂颗粒越小越好，并且都专注于钛酸锂的颗粒细化；后来经过生产实践，逐渐发现颗粒越小越好：颗粒越细，可能带来的副作用越多。这一观点现已成为业界的共识，也印证了钛酸锂技术发展的曲折道路。

钛酸锂电池的未来仍有起伏，但方向始终是向前的。行业内企业和研究机构对钛酸锂电池技术发展的努力将推动钛酸锂电池的持续发展。