介绍钛酸锂离子电池技术在国内外的发展状况

自从锂离子电池在1991年产业化以来，电池的负极材料一直是石墨(包括人造及天然石墨)在一统天下。尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12，LTO)自从1971年Deschanvres等报道了其合成方法与晶体结构之后，Colbow等和Ohzuku等对其进行了比较系统的电化学性能测试。然而钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多项优异的性能而受到重视开始于20世纪90年代后期。比如钛酸锂材料在锂离子的鑲嵌及脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，晶格常数变化很小(体积变化<l%)。这个零应变电极材料极大地延长了钛酸锂离子电池的循环寿命。钛酸锂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(比金属锂的电位高1.55V)，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离子电池中最高的。业内人士大多数都听说过由钛酸锂取代石墨作为锂电负极材料的锂电循环寿命可达数万次，远高于常见的传统锂离子电池，仅循环几千次就寿终正寝了。

由于多数专业锂电人士从来没有真正动手制作过钛酸锂离子电池产品，或者只是做过几次遇到困难(如胀气)就草草收场。所以他们没能静下心来仔细思考一下，为何大部分制作完美的传统锂离子电池通常只能完成1千～2千次充放电循环寿命？传统锂离子电池循环寿命短的根本原因中是否源于其中的某一个基本组件-石墨负极难堪重负呢？一旦将石墨负极替换成尖晶石型钛酸锂负极之后，基本相同的锂离子电池化学体系就能循环到几万乃至几十万次。另外，在很多人津津乐道地谈论钛酸锂离子电池的能量密度偏低时，却忽略了一个简单而重要的事实：那就是钛酸锂离子电池超长的循环寿命、不同凡响的安全性、优异的功率特性以及良好的经济性。这些特性却将会是成就目前正在崛起的大规模锂电储能产业的重要基石。

近10多年来，国内外对钛酸锂离子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、钛酸锂离子电池生产与钛酸锂离子电池系统的集成及其在电动汽车及储能市场的应用。