钛酸锂电池技术发展现状

近日，一场关于钛酸锂电池的研讨会在无锡闭幕。业界对钛酸锂的热情超乎想象，与会嘉宾对多项议题进行了充分、深入探讨，参会者纷纷表示受益匪浅。笔者梳理了多位演讲嘉宾的发言内容，从中可以一窥钛酸锂电池的技术发展现状以及业内对关键问题的看法。

钛酸锂电池性能研究最新进展

储能被认为是新能源的下一个风口，钛酸锂电池在储能领域的应用被人们寄予厚望。中国电力科学研究院院长来小康在报告中分享了他们团队在钛酸锂储能电池重构技术、评测技术以及系统应用技术的攻关与应用经验。他们通过研究发现，钛酸锂电池寿命受日历时间影响较大，目前主要进行循环寿命与加速老化，接下需要寻找日历时间与加速老化的关系，对现有的电化学模型进行优化，与未来更细化的边界条件结合，提高锂离子储能电池加速评价方法的精度。

较快的充电速度和较长的使用寿命是人们对动力电池不变的期待。微宏动力系统(湖州)有限公司(以下简称“微宏动力”)技术副总裁刘文娟介绍了公司动力电池的研发进展情况。微宏动力产品路线图显示，公司研发的电池技术经历了“LPTO—LPCO—MPCO”的演变，其中，LPTO电池充电倍率达到6C，循环寿命达到25000次;LPCO电池能量密度为120~140Wh/kg，充电倍率为4C，循环寿命达10000次以上，且可在-30℃环境下启动;2017年研发的MPCO电池，质量能量密度达到170Wh/kg，体积能量密度达到300Wh/L，充电倍率达到4C，循环寿命达到7000次以上，这款电芯已经计划装载到出租车上。

天津捷威动力工业有限公司(以下简称“捷威动力”)针对48Ah高能钛酸锂电池展开了研发，目前该产品在1C充电情况下，能量密度满足115Wh/kg;6C情况下，恒流充入比达到84%，6C放电容量保持率达到95%，且-20℃放电容量保持率达到77%。捷威动力技术总监王驰伟表示，公司预计于2017年底完成120Wh/kg产品的开发。对于钛酸锂电池来说，这一能量密度着实不低，在会上也引起热议。

天津大学化工学院应用化学系唐致远教授团队研发出圆柱型超大容量单体400Ah钛酸锂/磷酸铁锂电池。该电池首次采用热稳定性良好的磷酸铁锂为正极材料，以“零应变”的钛酸锂为负极材料，从动力电池内部结构的设计出发，解决了电池内部散热、电流密度分配与电池超大容量和高动力性之间的矛盾关系，保证了电池的安全性和循环寿命(800次以上)。此外，该团队设计了新颖的不锈钢外壳，成本更低，电池的耐压、抗冲击等实用性能较强。据了解，该项目获得已授权的国家发明专利已达十多项，除了民用之外，在特种航天、特种等领域均有着广泛的产业化应用前景。

钛酸锂电池材料创新

钛基负极材料：复旦大学化学系新能源研究院夏永姚教授团队研发出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的商业化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。

“零应变”材料Li4Ti5O12虽然避免了石墨负极枝晶产生的问题，但其较低的理论容量(160mAh/g)和过高的嵌锂电位(相对于金属锂要1.5V),造成电池的能量密度较低。为了确保电池的安全性与高能量密度，研发具有相对较大容量和嵌锂电位低于1V但不接近Li沉积电位的新负极材料成为当务之急。夏永姚教授科研团队研发的新型钛基负极材料Li2TiSiO5，不仅具有较大的容量(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：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司(以下简称“贝特瑞”)对钛酸锂产品的开发较早，贝特瑞研究院院长任建国表示，公司微纳结构第II代产品(LTO-2S)优化了空隙分布，采取球型设计，有利于提高振实和压实。这种微纳负极材料主要应用于“超电”，已于2016年成功量产。据电池中国网了解，贝特瑞第III代产品(LTO-3S)于2017年开始研发。

石墨烯复合钛酸锂负极材料：针对钛酸锂电池导电性差、锂扩散系数不高、低能量密度等问题，天津普兰能源科技有限公司研发出石墨烯复合钛酸锂负极材料，以该材料作为负极的电池安全性好，循环寿命长，体积应变小，有着较高的SOC利用率。

改性钛酸锂材料：山东玉皇新能源科技有限公司研发出改性钛酸锂材料，用于制造高性能电池。公司通过碳氮导电层修饰、离子掺杂，提高电子导电率;通过对纳米氧化物/氮化物进行表面修饰，提高比容量。在循环方面，1C状态下的比容量达174.2mAh/g，循环1100周容量保持率为90.4%;倍率方面，10C比容量约为120mAh/g;恒流15C快充(约3.5min)，充进约90%的额定容量。

对产气问题的探讨

天津市捷威动力工业有限公司董事长郭春泰表示，钛酸锂电池有几大难题：能量密度低，制造困难，成本高。其中，产气是钛酸锂电池制造和使用过程中的一个老大难问题，如果控制不好，会在一定程度上影响电池的安全性能。

至于产气的原因，清华大学深圳研究生院贺艳兵副教授认为，钛酸锂和电解液溶剂之间的本征界面反应是电池产气的主要原因，产生的气体主要有氢气、一氧化碳和二氧化碳等。

那么，我们该如何看待钛酸锂电池产气问题?中国科学院成都有机化学研究所研究员范未峰比较乐观，他将产气问题是否影响到动力电池的应用作为判断标准。他举例说，循环次数在10000次以内的动力电池，受到产气的影响很小;在生产中，有些企业在软包电池上留一个小气囊，可为产生的气体留一个空间。因此，范未峰认为产气问题对钛酸锂电池几乎不构成影响。

银隆新能源电池研究院研发部经理詹世英认为，产气问题是所有锂电池都有的一个化学问题，其解决的关键在于材料和生产工艺。

贺艳兵团队的解决方案是，在钛酸锂和电解液界面之间建立隔绝层(如钛酸锂表面构建纳米碳包覆层)，协同隔绝层上形成的SEI膜，可明显抑制钛酸锂/电解液的界面反应，同时还提高了钛酸锂的循环稳定性。他们针对性地开发出了兼具高密度、高倍率和长循环性能的无胀气纳米级、亚纳米级和微米级致密结构的钛酸锂材料。

微宏动力对钛酸锂电池负极材料做了改进，同时调整电解液配方和生产工艺，因此其生产的软包LPTO电池具备了较高的安全性;捷威动力采取高电位强制成膜的措施来解决;天津普兰能源科技有限公司的做法也是减少或阻隔反应活性点。

此外，针对产气及安全问题，台湾工业技术研究院产业经济与趋势研究中心资深产业分析师吕学隆认为，用方型电池比软包电池更安全。山东玉皇新能源科技有限公司首席科学家薛嘉渔强调，电池安全是一项系统性工程，并非仅仅是一两种材料的问题。尽管钛酸锂电池存在产气问题，他依然认为钛酸锂电池是目前最安全的一种电池。

同时，部分嘉宾也针对钛酸锂颗粒大小问题发表了自己的见解。最初，业内认为钛酸锂颗粒越小越好，均把技术重心放在钛酸锂的颗粒细化上;后来经过生产实践逐步发现，颗粒并非越小越好：越细的颗粒，可能会带来越多的副反应。这一观点目前已成为业内共识，也印证了钛酸锂技术发展的曲折之路。

钛酸锂电池前路依然会有坎坷，但方向终归是向前。业界企业和研究机构对钛酸锂电池技术发展所做的努力，将推动钛酸锂电池不断向前发展。