钛酸锂离子电池与磷酸铁锂、三元电池相比哪个更好?

2020-09-03      3528 次浏览

众所周知,锂离子电池性能重要由正极、负极、电解液和隔膜决定,其中正、负极材料对电池的关键指标,如容量、能量密度、循环寿命、安全性、倍率性能、成本等有重要影响。


尽管同以三元为正极材料,但钛酸锂离子电池却打破以石墨烯为负极的传统电池技术路线,改以钛酸锂为负极材料,这让它成为同行眼中的异类。但正是钛酸锂自身的特性,让这种材料的电池有着显著特点。


以磷酸铁锂-石墨烯、三元-石墨烯、三元-钛酸锂三种锂离子电池为例,单从能量密度来看,钛酸锂离子电池处于劣势。东北证券(000686,股吧)研报指出,目前磷酸铁锂离子电池实际比能量为100-120Wh/kg,三元电池则为150-200Wh/kg,其中特斯拉采用的镍钴铝三元电池更是达到252Wh/kg,而银隆钛酸锂离子电池只有90Wh/kg,仅为某些石墨类负极材料电池的一半。


再从成本看,钛酸锂离子电池也没有优势。目前,银隆钛酸锂离子电池原材料包括氢氧化钛和氢氧化锂,其价格高于石墨类负极材料。根据我国电池网调研结果,目前磷酸铁锂、三元电池成本在1100元/kwh-1200元/kwh,而钛酸锂离子电池成本约为三元电池2-3倍。


能量密度低一倍、成本又高出2-3倍,钛酸锂离子电池如何参与市场竞争?显然,是它自身的独特优势打动了部分业内人士。


首先,从电池最重要的安全性指标考虑,钛酸锂一枝独秀。


钛酸锂作为负极材料时电位平台高达1.55V,比传统石墨负极材料高出1V还多,虽然损失了一些能量密度,但也意味着电池更加安全。技术专家卢蓝光曾表示,电池快速充电时对负极电压需求比较低,但假如过低,锂离子电池就容易析出非常活泼的金属锂,这种锂离子不仅导电,还能跟电解液起反应,然后释放热量,出现可燃气体,引发火灾。而钛酸锂因为高出来的1V电压防止了负极电压为0的情况,也就间接防止了锂离子的析出,从而保证了电池的安全性。


由于钛酸锂离子电池在高温、低温环境中均可以达到安全使用,也体现出其耐宽温(尤其耐低温)的重要优势。目前,银隆钛酸锂离子电池的安全工作温度区域在-50度到65度之间,而普通石墨类负极电池在温度低于-20度时能量就开始衰减,-30度时充电容量仅为充电总容量的14%,在严寒天气下根本无法正常工作。


此外,由于钛酸锂离子电池即便过度充电,也仅有1%的体积变化,被称为零应变材料,这使其有着极长的寿命。银隆董事长魏银仓曾表示,银隆钛酸锂离子电池寿命可达30年,与汽车使用寿命相当,而普通石墨负极材料电池平均寿命不过3-4年。从全寿命周期看,钛酸锂离子电池成本更低。


钛酸锂的最后一个优势是快速充放电能力强,充电倍率高。目前银隆钛酸锂离子电池的充电倍率有10C、甚至20C,而普通石墨负极材料的电池充电倍率仅有2C-4C。


基于钛酸锂离子电池的这些技术特点,业内人士认为其契合了新能源公交车、大型储能装备的需求。拿公交车来说,一般单趟里程不超过40公里,每次终点站进站等待到下次发车时间间隔至少要几分钟时间。这时钛酸锂离子电池能量密度低的劣势不会影响客车的使用,反而体现出电池快充的好处。作为公共交通工具,公交车对电池的安全性、耐用性都提出了更高要求。


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