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钛酸锂电池技术在国内外的发展状况(3)

日期:2018-12-07

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  天津捷威得到了美国奥钛的钛酸锂电池生产技术转让,并结合自己多年来在聚合物软包动力电池生产方面的技术积累而独居特色。公司成功地突破了胀气难题,已具备批量生产大规格单体钛酸锂电池的技术及能力,电池容量达到60Ah,累计出货量为2000万Ah。
  该电池可以承受10C以上连续充放电,寿命达到2万次以上,温度范围为-40~60℃,主要应用于快充大巴和调频的储能电站。
  钛酸锂电池技术开发难点及其发展方向
  1.在中国发展钛酸锂电池技术的理由绝缘子
  钛酸锂电池技术在我国各种储能电池中的竞争应该占有天时、地利、人和之优势。光就使用寿命而言,钛酸锂电池超长的循环寿命远胜于各类铅酸电池;其效率、成本及电化学性能更是优于钠硫与液流钒等电池体系。
  锂电产品历年来主要市场是便携式电器如手机和手提电脑等。中国的手机与手提电脑的用量虽大,但大部分都不属国内品牌。所以国内锂电厂家在便携式电器上的锂电销售能力输于日韩产品。
  然而,钛酸锂技术的适用市场却是混合电动车、特殊工业应用及储能应用如调频及电网电压支撑等。这些市场在全世界尚处于起步阶段,谁执牛耳尚未可知。钛酸锂技术有望成为这些市场中的佼佼者。
  中国人口基数占全世界约1/5。由于人口众多,中国的电动车、储能及工业应用市场是一个让许多国家的跨国公司所垂涎的巨大市场。近年来中国政府对电动车及储能产业的发展高度重视,各类国家鼓励政策纷纷出台。中国产的钛酸锂电池系统在重庆及欧洲的混合电动大巴、张北的风光储示范站及深圳宝清储能电站已有了几年的商业化应用数据积累。
  另外,我国锂电产业链的上下游早已成气候,除了完备的电池材料供应与设备制造能力之外,锂电池产品的生产能力也与日、韩三分天下。这就使得我国的锂电生产厂家从传统锂电生产转型到钛酸锂电池产品生产具备了先天的条件。
  我国在钛酸锂材料生产方面早已有了像四川兴能、珠海银隆、湖州微宏等既有实力又有经验的企业。在钛酸锂电池生产方面脱颖而出的代表企业有湖州微宏、珠海银隆、深圳博磊达、天津捷威等。
  这些企业都已经在国内外电动车及储能市场初步建立了自己的销售渠道。尤其值得指出的是深圳博磊达拥有从材料生产到电池制作及系统集成一系列专有技术与知识产权,目前中国锂电界尚属少见的拥有自主知识产权的生产厂家。
  2.钛酸锂材料、电池及电池组制作的瓶颈避雷器
  既然钛酸锂电池技术有诸多其他锂电无法比拟的优越性,那为何至今为止在中国能源行业乃至世界能源领域应用寥寥呢?原因有以下3个方面:
  ①钛酸锂材料生产钛酸锂材料的生产从原则上说并不复杂。但要用作锂离子电池的负极材料,不但需要讲究材料具有合适的比表面积、粒度、密度和电化学性能等,还必须能够适应于大规模锂电池的生产工艺。钛酸锂材料在很多传统锂电生产线上无法正常生产的原因之一就是材料的pH为11或12,吸湿性极强。
  ②钛酸锂电池制作在事实上,将常规锂离子电池生产线直接用来生产钛酸锂电池产品并不像仅仅把石墨换成钛酸锂材料那样简单。因为钛酸锂材料对湿度的要求比常规锂离子电池生产要高得多。为了控制湿度,有些制备工艺需要做相应的调整以适应钛酸锂电池产品生产的特殊要求。另外,有些生产设备也需要做相应的改进。如果有条件的话,最好能专门为钛酸锂电池产品重新设计一条结构紧凑、体积小巧、全封闭式的自动化生产线。
  ③钛酸锂电池组与常规锂离子电池不同,目前国内外生产的钛酸锂电池在成组投入应用一段时期后常会看到软包的单体电池内有微量的气体产生。这些气体与新鲜电池化成时产生的气体不同。前者能够通过电池生产工艺来去除。但后者则是在电池使用过程中产生的,或者说在目前的工艺条件下很难避免。
  笔者认为,研究循环时气体产生的化学反应机理应该不失为一个很好的科研题目。另外,由于钛酸锂电池技术的优越性之一是其高功率性能。虽然电池本身可以承受大电流充放电,但厚的单体电池仍然不适于高功率应用因为电池太厚会造成大电流产生的热量难以散发。所以对大功率钛酸锂电池来说,尺寸大而薄的软包电池结构仍不失为一个合理的选择。
  3.钛酸锂技术的今后发展方向
  最后,在此有必要综合概括一下钛酸锂材料作为锂电负极的优劣势,优势:超高安全性、超长寿命、高低温工作范围宽、高功率、低成本以及绿色环保。劣势:钛酸锂材料能量密度低、吸水性强,电池制作的环境要求高、生产工艺要做相应的更新、新工艺需要投资必要的设备与更高要求的湿度控制、以及钛酸锂电池的应用市场尚未充分打开。
  结语
  在当前中国政府大力倡导开发新能源及其相关产业的大环境下,如何推动钛酸锂电池技术及其在电动车和储能市场上的应用对中国钛酸锂电池产业而言是机不可失,时不再来。对于国内的珠海银隆、湖州微宏、深圳博磊达、四川兴能、深圳贝特瑞等拥有一部分自主知识产权的优势及销售渠道的企业应该是得天独厚的机会。很多人没有意识到中国在钛酸锂技术方面的知识产权优势是目前以磷酸铁锂电池为主的所谓“主流化学”所不具备的。
  开发高容量高电位正极材料以提高钛酸锂电池的能量密度是赶超日韩的一步妙棋。当然,同时必须对整个锂离子电池化学体系进行研究,如高电位电解液和抗氧化隔膜等课题研究。中国锂电行业开发钛酸锂电池技术的努力将会得到正在崛起的电动车、储能及工业应用市场可观的回报。
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