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为何钛酸锂电池没能成为主流?钛酸锂优缺点分析

10月前浏览907

钛酸锂电池是一种用作锂离子电池负极材料-钛酸锂,可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。此外,它还可以用作正极,与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。

钛酸锂电池优点

安全性——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池

钛酸锂(LTO)

1)发生短路故障时欧姆阻抗急剧增加,抑制放电反应,不会引起过大的瞬间电流和温度上升;

2)LTO本身均不可燃;

3)充电电位平台稍负于1.55V,即使在充电后期、低温或高倍率充电的情况下,此负极的电位也不会达到锂离子还原成金属锂的电位,不会产生析锂引发的安全事故。

上述三点保证了电池的安全性。

其他锂电池

1)易发生内短路事件;

2)其本身具备可燃性;

3)嵌锂的电位约为0.1V,在低温、高倍率充电时易在负极表面析出锂金属,一定程度便会刺破隔膜,造成电池内部短路,产生爆炸等严重危害人身安全。

上述三点极易引发电池爆炸等重大安全事故。

循环寿命——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池

LTO:循环过程中体积变化仅为0.1%~0.3%,能避免充放电过程中因材料的伸缩变化而导致结构的变化,从而提高电极的性能和减少比容量的大幅度衰减;循环过程不产生SEI膜。东芝、盟固利等提供的材料显示循环寿命不少于10000次

其他锂电池:循环过程中有约10% 的体积膨胀;在电极表面产生一层SEI钝化膜。这两者均会减少其循环寿命。

快充性能优异——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池

与碳负极材料相比,钛酸锂具有较高的锂离子扩散系数,可高倍率充放电。在大大缩短充电时间的同时,对循环寿命的影响较小,热稳定性也较强。据测试,最新技术研发的钛酸锂电池十分钟左右即可充满,比传统的电池有了质的飞跃。

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。电动车辆的快速充电是未来的趋势,消费者不愿浪费太多时间在等待充电这个环节。

钛酸锂电池缺点

钛酸锂电池负极采用钛酸锂,相比负极用石墨的主流锂电池,市场份额十分小众。资料显示,在新能源客车中,钛酸锂电池的市场份额占比约为3%,远低于磷酸铁锂电池88%的市场份额;而在乘用车领域,钛酸锂电池则和其他少数派技术一起,分享着3%的市场空间。

钛酸锂电池为何没有成为主流?造成这种现象的原因主要有以下几种因素:

1、至于钛酸锂电池宣称的使用寿命长,更难被认证。电池寿命还受到正极材料、电解液、隔膜、使用温度等综合影响。钛酸锂做负极,本身也存在胀气和长时间使用一致性降低等问题,目前原理上也不能证明太酸锂电池会比其他电池寿命长。目前磷酸铁锂、三元电池,循环寿命已经可以做到2000次以上,按一般等使用频率看,已经可以做到7-10年,随着技术的进步,存在3000次、4000次也不会太遥远,局势从性能上,已经可以使用超过10年甚至达到20年的使用寿命,将超过汽车的一般的生命周期。钛酸锂电池即使做到了长寿命,也没优势。

2、钛酸锂电池做的企业少,将导致产业整体研发投入少,从目前电池企业研发投入及规划投入看,也很少企业会重点发展钛酸锂电池。未来,其他锂电池技术进步速度将超过钛酸锂电池。

3、锂电池寿命、性能等是受到多个方面的影响,特别是四大材料的影响。钛酸锂仅是负极材料,一个材料再怎么进步,也很难因此让产品产生无可匹敌的优势。更何况正极材料才是影响锂电池性能最重要的材料。

4、钛酸锂电池最大的劣势是能量密度低,成本高。特别是能量密度低是因为负极材料钛酸锂的原理性能决定,很难有大的突破空间。成本可以通过规模化降低,而基于原理上的弱点,无法通过技术来改变。

5、战新产研从产业趋势角度看,不要相信国际主流企业都做不好的技术,会在中国发光发热。中国基础研究还远达不到国际先进企业水平,想在国际技术潮流中捡漏,无异于异想天开。钛酸锂电池未来市场空间将十分有限。汽车产业基本没有空间,未来汽车产业的空间将比现在还小。储能领域可以尝试,但也绝对不会成为主流,再加上价格高昂,与未来储能有望用动力电池二次利用的高性价比相比,钛酸锂在储能领域前景也堪忧。

来源丨电动知家

来源:做个热设计
汽车新能源爆炸材料储能
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首次发布时间:2023-05-25
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本科 | 热设计工程师 公粽号:做个热设计
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