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钛酸锂电池技术发展现状和优缺点详解

来源:小鱼儿玄机2站  日期:2019-04-17 08:55  浏览量:

  钛酸锂电池技术发展现状和优缺点详解。发展储能技术是促进新能源发电、提高电网安全稳定性的关键核心技术之一。钛酸锂电池是最具应用前景的储能电池之一,钛酸锂电池具有循环寿命长、安全性能好等特点,很好的契合了电网储能的应用场景。

  钛酸锂电池技术发展现状

钛酸锂电池.jpg

  钛酸锂电池具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道,具有功率特性优异和高低温性能佳等优点。与碳负极材料相比,钛酸锂的电位高,这就导致通常在电解液与碳负极表面上生长的固液层(SEI)在钛酸锂表面基本上不形成。更重要的是在正常电池使用的电压范围内锂枝晶在钛酸锂表面上难以生成。这就在很大程度上消除了由锂枝晶在电池内部形成短路的可能性。

  所以钛酸锂为负极的锂离子电池的安全性是目前笔者见到的各种类型的锂电池中最高的。近10多年来,国内外对钛酸锂电池技术的研究可谓是风起云涌。其产业链可分为钛酸锂材料制备、钛酸锂电池生产与钛酸锂电池系统的集成及其在电动车及储能市场的应用。

  国际上能够批量生产钛酸锂电池的厂家并不多,主要以美国奥钛纳米技术公司与日本东芝集团为代表。钛酸锂电池的应用市场主要有电动车(巴士、轨道交通等)、储能市场(调频、电网质量、风场等)及工业应用。以钛酸锂为负极的新型锂离子电池,突破了石墨作为负极的固有局限性,性能显著优于传统的锂离子电池,成为最具应用前景的储能电池之一。

  钛酸锂电池在规模应用中面临的主要问题是成本问题,项目研发之初,其价格是磷酸铁锂电池价格的4—6倍。虽然性能显著优于现有锂离子电池,但是经济性因素极大的限制了钛酸锂电池的市场推广。因此,钛酸锂电池要实现大规模储能应用,需要在现有的电动汽车用钛酸锂电池的基础上进行技术重构,包括材料体系、电池设计、生产工艺等方面的技术重构,在保证钛酸锂电池长寿命本征特性的同时,大幅降低成本。

  钛酸锂电池的四大优点

  1、安全稳定性好

  由于钛酸锂负极材料嵌锂电位高,在充电的过程中避免了金属锂的生成和析出,又因其平衡电位高于绝大部分电解质溶剂的还原电位,不与电解液反应,不形成固—液界面钝化膜,避免了很多副反应的发生,从而大大的提高了安全性。“储能电站和电动汽车一样,安全稳定性是最为重要的指标。”杨凯说。

  2、快充性能优异

  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。而钛酸锂电池十分钟左右即可充满,较传统的电池有了质的飞跃。

  3、循环寿命长

  与传统锂离子电池普遍采用的石墨材料相比,钛酸锂材料在充放电嵌脱锂过程中,骨架结构几乎不发生收缩或膨胀,被称为“零应变”材料,避免了一般电极材料脱/嵌锂离子时晶胞体积应变而造成的电极结构损坏的问题,因而具有非常优异的循环性能。根据实验数据测定,普通磷酸铁锂电池循环寿命平均为4000—6000次,而钛酸锂电池的循环寿命可达25000次以上。

  4、耐宽温性能良好

  一般电动汽车在-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-40℃到70℃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。

  钛酸锂电池的缺点

  1、对锂电位高,导致工作电压低,能量密度降低

  2.电池制作过程容易产气

  3.电子导电性不好

  钛酸锂电池为何没有成为主流电池?

  钛酸锂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1500-2000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。

  钛酸锂电池能量密度低,为储备相同能量,体积必然增大,相应的隔膜、铜箔、铝箔、电解液也全面增多,加上钛本身就是贵金属,很破突破成本控制瓶颈,制造成本太高。

  钛酸锂电池的储能技术在日本早有试点运营,日本阶梯电价每度价差达1.6元,国内也就七八毛钱,相比成本,根本不划算,所以难以推广。

  以上就是钛酸锂电池的发展现状及优缺点的介绍,钛酸锂电池能量密度相对比较低,将来不会太主流。

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