近日，一場關于鈦酸鋰電池的研討會在無錫閉幕。業(yè)界對鈦酸鋰的熱情超乎想象，與會嘉賓對多項議題進行了充分、深入探討，參會者紛紛表示受益匪淺。筆者梳理了多位演講嘉賓的發(fā)言內容，從中可以一窺鈦酸鋰電池的技術發(fā)展現(xiàn)狀以及業(yè)內對關鍵問題的看法。
　　鈦酸鋰電池性能研究最新進展
　　儲能被認為是新能源的下一個風口，鈦酸鋰電池在儲能領域的應用被人們寄予厚望。中國電力科學研究院院長來小康在報告中分享了他們團隊在鈦酸鋰儲能電池重構技術、評測技術以及系統(tǒng)應用技術的攻關與應用經驗。他們通過研究發(fā)現(xiàn)，鈦酸鋰電池壽命受日歷時間影響較大，目前主要進行循環(huán)壽命與加速老化，接下需要尋找日歷時間與加速老化的關系，對現(xiàn)有的電化學模型進行優(yōu)化，與未來更細化的邊界條件結合，提高鋰離子儲能電池加速評價方法的精度。
　　較快的充電速度和較長的使用壽命是人們對動力電池不變的期待。微宏動力系統(tǒng)(湖州)有限公司(以下簡稱“微宏動力”)技術副總裁劉文娟介紹了公司動力電池的研發(fā)進展情況。微宏動力產品路線圖顯示，公司研發(fā)的電池技術經歷了“LPTO—LPCO—MPCO”的演變，其中，LPTO電池充電倍率達到6C，循環(huán)壽命達到25000次;LPCO電池能量密度為120~140Wh/kg，充電倍率為4C，循環(huán)壽命達10000次以上，且可在-30℃環(huán)境下啟動;2017年研發(fā)的MPCO電池，質量能量密度達到170Wh/kg，體積能量密度達到300Wh/L，充電倍率達到4C，循環(huán)壽命達到7000次以上，這款電芯已經計劃裝載到出租車上。
　　天津捷威動力工業(yè)有限公司(以下簡稱“捷威動力”)針對48Ah高能鈦酸鋰電池展開了研發(fā)，目前該產品在1C充電情況下，能量密度滿足115Wh/kg;6C情況下，恒流充入比達到84%，6C放電容量保持率達到95%，且-20℃放電容量保持率達到77%。捷威動力技術總監(jiān)王馳偉表示，公司預計于2017年底完成120Wh/kg產品的開發(fā)。對于鈦酸鋰電池來說，這一能量密度著實不低，在會上也引起熱議。
　　天津大學化工學院應用化學系唐致遠教授團隊研發(fā)出圓柱型超大容量單體400Ah鈦酸鋰/磷酸鐵鋰電池。該電池首次采用熱穩(wěn)定性良好的磷酸鐵鋰為正極材料，以“零應變”的鈦酸鋰為負極材料，從動力電池內部結構的設計出發(fā)，解決了電池內部散熱、電流密度分配與電池超大容量和高動力性之間的矛盾關系，保證了電池的安全性和循環(huán)壽命(800次以上)。此外，該團隊設計了新穎的不銹鋼外殼，成本更低，電池的耐壓、抗沖擊等實用性能較強。據(jù)了解，該項目獲得已授權的國家發(fā)明專利已達十多項，除了民用之外，在航空航天、軍事等領域均有著廣泛的產業(yè)化應用前景。
　　鈦酸鋰電池材料創(chuàng)新
　　鈦基負極材料：復旦大學化學系新能源研究院夏永姚教授團隊研發(fā)出一種新型鋰離子電池負極材料——Li2TiSi5，這種鈦基負極材料填補了現(xiàn)有的商業(yè)化鋰離子電池用碳與鈦酸鋰負極材料之間的空白，具有一定的應用前景。
　　“零應變”材料Li4Ti5O12雖然避免了石墨負極枝晶產生的問題，但其較低的理論容量(160 mAh/g)和過高的嵌鋰電位(相對于金屬鋰要1.5V), 造成電池的能量密度較低。為了確保電池的安全性與高能量密度，研發(fā)具有相對較大容量和嵌鋰電位低于1V但不接近Li沉積電位的新負極材料成為當務之急。夏永姚教授科研團隊研發(fā)的新型鈦基負極材料Li2TiSiO5，不僅具有較大的容量(308mA/g)，而且嵌鋰電位相對較低(約0.28V ，vs. Li+/Li)，對鈦酸鋰電池的進一步發(fā)展具有重要意義。
　　高性能微納負極材料：深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司(以下簡稱“貝特瑞”)對鈦酸鋰產品的開發(fā)較早，貝特瑞研究院院長任建國表示，公司微納結構第II代產品(LTO-2S)優(yōu)化了空隙分布，采取球型設計，有利于提高振實和壓實。這種微納負極材料主要應用于“超電”，已于2016年成功量產。據(jù)電池中國網了解，貝特瑞第III代產品(LTO-3S)于2017年開始研發(fā)。
　　石墨烯復合鈦酸鋰負極材料：針對鈦酸鋰電池導電性差、鋰擴散系數(shù)不高、低能量密度等問題，天津普蘭能源科技有限公司研發(fā)出石墨烯復合鈦酸鋰負極材料，以該材料作為負極的電池安全性好，循環(huán)壽命長，體積應變小，有著較高的SOC利用率。
　　改性鈦酸鋰材料：山東玉皇新能源科技有限公司研發(fā)出改性鈦酸鋰材料，用于制造高性能電池。公司通過碳氮導電層修飾、離子摻雜，提高電子導電率;通過對納米氧化物/氮化物進行表面修飾，提高比容量。在循環(huán)方面，1C狀態(tài)下的比容量達174.2mAh/g，循環(huán)1100周容量保持率為90.4%;倍率方面，10C比容量約為120mAh/g;恒流15C快充(約3.5min)，充進約90%的額定容量。
　　對產氣問題的探討
　　天津市捷威動力工業(yè)有限公司董事長郭春泰表示，鈦酸鋰電池有幾大難題：能量密度低，制造困難，成本高。其中，產氣是鈦酸鋰電池制造和使用過程中的一個老大難問題，如果控制不好，會在一定程度上影響電池的安全性能。
　　至于產氣的原因，清華大學深圳研究生院賀艷兵副教授認為，鈦酸鋰和電解液溶劑之間的本征界面反應是電池產氣的主要原因，產生的氣體主要有氫氣、一氧化碳和二氧化碳等。
　　那么，我們該如何看待鈦酸鋰電池產氣問題?中國科學院成都有機化學研究所研究員范未峰比較樂觀，他將產氣問題是否影響到動力電池的應用作為判斷標準。他舉例說，循環(huán)次數(shù)在10000次以內的動力電池，受到產氣的影響很小;在生產中，有些企業(yè)在軟包電池上留一個小氣囊，可為產生的氣體留一個空間。因此，范未峰認為產氣問題對鈦酸鋰電池幾乎不構成影響。
　　銀隆新能源電池研究院研發(fā)部經理詹世英認為，產氣問題是所有鋰電池都有的一個化學問題，其解決的關鍵在于材料和生產工藝。
　　賀艷兵團隊的解決方案是，在鈦酸鋰和電解液界面之間建立隔絕層(如鈦酸鋰表面構建納米碳包覆層)，協(xié)同隔絕層上形成的SEI膜，可明顯抑制鈦酸鋰/電解液的界面反應，同時還提高了鈦酸鋰的循環(huán)穩(wěn)定性。他們針對性地開發(fā)出了兼具高密度、高倍率和長循環(huán)性能的無脹氣納米級、亞納米級和微米級致密結構的鈦酸鋰材料。
　　微宏動力對鈦酸鋰電池負極材料做了改進，同時調整電解液配方和生產工藝，因此其生產的軟包LPTO電池具備了較高的安全性;捷威動力采取高電位強制成膜的措施來解決;天津普蘭能源科技有限公司的做法也是減少或阻隔反應活性點。
　　此外，針對產氣及安全問題，臺灣工業(yè)技術研究院產業(yè)經濟與趨勢研究中心資深產業(yè)分析師呂學隆認為，用方型電池比軟包電池更安全。山東玉皇新能源科技有限公司首席科學家薛嘉漁強調，電池安全是一項系統(tǒng)性工程，并非僅僅是一兩種材料的問題。盡管鈦酸鋰電池存在產氣問題，他依然認為鈦酸鋰電池是目前最安全的一種電池。
　　同時，部分嘉賓也針對鈦酸鋰顆粒大小問題發(fā)表了自己的見解。最初，業(yè)內認為鈦酸鋰顆粒越小越好，均把技術重心放在鈦酸鋰的顆粒細化上;后來經過生產實踐逐步發(fā)現(xiàn)，顆粒并非越小越好：越細的顆粒，可能會帶來越多的副反應。這一觀點目前已成為業(yè)內共識，也印證了鈦酸鋰技術發(fā)展的曲折之路。
　　鈦酸鋰電池前路依然會有坎坷，但方向終歸是向前。業(yè)界企業(yè)和研究機構對鈦酸鋰電池技術發(fā)展所做的努力，將推動鈦酸鋰電池不斷向前發(fā)展。