钛酸锂动力电池的产业化现状及前景

一、我国新动力轿车的产业化现状

动力瓶颈和环境污染已成为全球性问题，交通污染已成为我国城市PM2.5等颗粒污染物的来历之一，雾霾天气频频发生，控车治霾的思路被广泛提及。相比限购、限行等限制性行政方针而言，大力推广和开展低排放的新动力轿车，包括纯电动轿车(EV)、插电式混合动力轿车(PHEV)、燃料电池轿车等，是有用治理污染的重要途径之一，这一观点已成为国际共识。

发达国家如美国、日本等纷繁拟定了国家方案来推进传统轿车产业的升级。美国出台了一系列新动力方案，将大力开展电动轿车作为实施新动力战略的重要内容。2012年美国发动电动轿车国家立异方案《EVEverywhere》，加大对高功能锂离子电池资料、插电式车辆技能、轻量化技能等关键技能的支撑。日本一向将开展清洁动力、可再生动力作为国家战略的重要内容，国家方针对新动力轿车开展一直给予大力支撑，方案到2020年遍及以电动轿车为主体的下一代轿车。目前日本混合动力电动轿车全球销量第1，其产业化推进纯电驱动电动轿车的进程也是全球最快的。

近年来，我国政府采取了一系列措施推广新动力轿车，一方面中央和地方政府相继出台了各种新动力轿车补贴方针鼓励消费者购买电动轿车;另一方面通过拟定未来我国轿车燃耗方针倒逼整车企业开展电动轿车，如图1所示。除了方针辅导，我国政府还利用各种机会活跃推广新动力轿车的运用。继奥运会和世博会2大盛会之后，近年举办的全国两会、中博会、达沃斯论坛、博鳌论坛等都有新动力轿车演示运转。国内车企也纷繁进入新动力轿车的研制、出产、演示运转及其产业化进程。比亚迪股份有限公司、奇瑞轿车有限公司、东风轿车公司、长安轿车股份有限公司、上海轿车集团股份有限公司、我国榜首轿车集团公司、宇通集团、中通客车控股股份有限公司(简称“中通客车”)和重庆恒通客车有限公司等目前现已成功研制多款轿车及客车等。

在政府一系列利好方针的引导下，我国新动力轿车研制出现较好的开展局面，各轿车厂商也活跃推广新动力轿车，并取得了较好成绩。依据我国轿车工业协会最新发布的数据，2015年1—7月，新动力轿车出产95530辆，出售89549辆，同比别离增长2.5倍和2.6倍。7月，新动力轿车出售更是取得了同比增长3.3倍的佳绩。新动力电动轿车市场在不断升温，动力电池也进入高速开展期，据统计，今年上半年动力电池产值到达2.72GWh，较去年上半年的0.94GWh增长近2倍。

二、新动力轿车对动力电池的运用需求

动力电池是各种电动车辆的能量载体和动力来历，动力电池的功能直接决议了车辆的功能。新动力轿车用动力电池包括：铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、超级电容、燃料电池等。为了满意新动力轿车等技能的运用要求，动力电池需求具有高安全性、高能量密度、高功率功能、优异的循环寿数、作业温度规模广和低本钱等特性。新动力轿车包括混合电动轿车(HEV)、燃料电池混合电动轿车(FC-HEV)、插电式混合电动轿车(PHEV)和纯电动轿车(EV)等。不同类型的电动轿车对动力蓄电池的要求不同，概述如表1所示。

从表1中能够看出，锂离子电池的功能几乎能够满意一切类型电动轿车需求，锂离子电池是当时一切可充电电池中综合功能最优的一种电池，也是目前最佳的能运用于插电式混合动力轿车和纯电动轿车的电池。

锂离子电池负极资料包括碳负极资料、钛氧化物、锡与碳的复合物、硅的复合物等。目前商业化的锂离子电池的负极资料主要选用碳负极资料。碳负极资料电池有着比能量高、功率功能好等优势，可是碳电极与金属锂的电位挨近，当电池过充电时容易在碳电极表面分出金属锂构成锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔阂引起短路等安全隐患问题。一起，碳负极电池在首次化成时电极表面还原构成表面膜(SEI膜)，SEI膜的构成和修复过程会消耗电解液，造成不可逆容量加大，电池衰减加重而影响电池运用寿数。尖晶石结构的钛酸锂负极资料嵌锂电位约1.5V，不会构成锂枝晶，在充放电过程中体积应变小于1%，而且纳米化的钛酸锂电池具有大电流充放电才能，能够数分钟完成充电，即便是在低温环境条件下快速充电也难以分出锂枝晶，所以钛酸锂电池具有循环寿数长和安全功能优异的特点，能够保障快速充电运用范畴电池的耐久性和安全性。因此，以钛酸锂为负极的锂离子电池在电动轿车要求高安全性、高稳定性和长寿数周期的运用范畴具有独特的优势。

三、钛酸锂动力电池的产业化

2008年东芝报道了4.2AhSCiB超级锂电池(SuperChargeionBattery)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个单元串联组成的规范模块能量密度约为50.4Wh/kg(74.7Wh/L)。在快速充放电条件下〔25℃，10C(42A)充电，15A放电〕，充放电循环3000次，容量衰减不到10%。以50A的大电流进行快充，电池单元及规范模块均可在5min充溢90%以上的容量。电池还具有杰出的低温放电功能，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制的钛酸锂动力电池适用于电动车和储能范畴。美国EnerDel公司开发的5Ah混合动力车用锂离子电池，正极运用尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)资料。电池单元以50C倍率连续放电能够放出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。循环寿数方面，在55℃的高温下，即便多次进行100%DOD5C充放电循环，1000次循环后仍有95%以上的容量坚持率，显现出优异的功能。美国AltairNanotechnologies公司开发的10Ah高功率锂离子电池，以Li4Ti5O12为负极资料，钴酸锂(LiCoO2)基资料为正极，100%DOD10C充放电循环寿数更是高达20000次以上，在50%荷电状态下10s输出功率密度挨近5000W/kg，10s输入功率密度大于4000W/kg，而且具有优异的低温放电功能，即便在-40℃的低温下，电池的均匀电压仍到达2.1V以上，能够放出60%以上的容量。电池的热稳定功能也十分优异，即便在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制的热门。

钛酸锂电池的作业电压一般在2.2~2.5V，是碳负极电池作业电压的2/3左右，在比能量相同的情况下，需求钛酸锂电池的数量会多出1/3，因此钛酸锂电池每瓦时的本钱稍高。可是考虑10年以上的运用寿数，其长周期运用本钱则大大降低。近年来，我国选用钛酸锂电池为动力源的新动力轿车已开端投入运营，钛酸锂电池已完成国产化。已有钛酸锂电池运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能有限公司(简称“盟固利”)、珠海银隆新动力有限公司(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，运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，运用于快充纯电动及混合动力公交车，在重庆通过1年多的运转，行驶5万多千米，充电2000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12000次容量坚持初始容量的90%，电池组的寿数预计将到达80%，15000次;6C可充入91%容量，12C可充入85%容量。2014年初试运转于北京双源无轨电车，如图2所示。每天充放电约30次，运转一年后随机对电池进行测试，测试数据显现运转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供给了30套钛酸锂电池体系。

珠海银隆于2010年收购了掌握先进钛酸锂电池技能的AltairNanotechnologies公司51%的股份，开端投产钛酸锂电池，主要产品是180Ah的环形电池和45Ah的圆柱电池，运用于储能和电动轿车范畴。据报道2014年底在珠海投放了500辆纯电动公交车。

当时国内钛酸锂电池功能与国外差距不大，钛酸锂电池具有快速充电、长寿数、高安全和杰出的低温特性等优点，用于新动力轿车范畴正逐渐获得喜爱。北汽福田轿车股份有限公司、中通客车、金龙联合轿车工业(苏州)有限公司、厦门金龙轿车集团股份有限公司、安徽安凯轿车股份有限公司、宁波南车年代传感技能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动力客车。

四、钛酸锂动力电池的运用远景

据国家开展变革委介绍，2015年力争在北京六环内建成均匀服务半径为5kg的充电网络，下一步将重点在社会公共停车场和京津冀高速路服务区等范畴建充电桩。届时，钛酸锂电池的快充优势将得到充分发挥，而且未来充电网络的大面积覆盖使装有钛酸锂电池的电动车能随时、随地充电，人们会渐渐淡化对钛酸锂电池能量密度的要求。随着今后补贴方针的逐年递减，相信未来单次循环本钱较低、安全可靠的钛酸锂动力电池会被广泛运用成为电池范畴的佼佼者。

除了新动力轿车范畴，钛酸锂电池在储能和轨道交通范畴也将体现运用优势。2014年10月，东芝公司宣布从电力服务公司ENERES接到了1万台输出功率10kW、容量9.9kWh的蓄电池池体系订单。2014年11月，东芝宣布将向日本东北电力公司实施的“西仙台变电站频率变动对策蓄电池体系实证项目”供给输出功率为40MW的蓄电体系，容量为20MW时，选用20Ah电池单元SCiB。蓄电体系用于应对输出功率随气象条件变化的风力发电和光伏发电的频率变动。

在轨道交通范畴2014年12月，东芝对外宣称该公司现已向东武铁道株式会社供应牵引式储能体系(TESS)。列车驶入车站时，TESS会储存列车减速产生的牵引能，并在加快驶离车站时释放。我国2014年中信国安盟固利为长客动车供给了钛酸锂电池体系作为动力辅佐电源。在我国东北高寒区域运转，运用工况为9C充电，10C放电，当列车驶入车站时，电池体系回收列车减速产生的牵引能，加快驶离车站时释放电能。考虑到动车对电池的低温功能、安全性和寿数作为主要要求指标，钛酸锂电池或将成为动车发动和备用电源的最合适挑选。

钛酸锂电池凭借本身的明显优势投入市场，并将承受市场的查验，最终成绩怎么，需要等待市场来评判。