锂电池负极材料比较
负极材料 | 比容量 (mAh/g) | 循环寿命 (次) | 安全性 | 快充特征 |
天然石墨 | 340-370 | 1000 | 一般 | 一般 |
人造石墨 | 310-360 | 1000 | 一般 | 一般 |
石墨烯 | 400-600 | 10 | 一般 | 一般 |
钛酸锂 | 165-170 | 30000 | 最高 | 最好 |
硅 | 800 | 200 | 差 | 差 |
钛酸锂电池和磷铁的比较
钛酸锂电池比较优势明显。市场上的动力电池包括三元电池、磷酸铁锂(LFP)电池、钛酸锂电池等。目前在新能源车中,钛酸锂电池的市场份额占比约5%,远低于磷酸铁锂电池80%的市场份额。但作为后起之秀,钛酸锂电池拥有几项显著的比较优势。
快速充放电。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。钛酸锂电池10分钟左右即可充满,而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。
循环使用寿命长。钛酸锂电池在充放电时,锂离子嵌入和脱嵌不会造成钛酸锂晶型结构的变化,因此对钛酸锂材料的结构几乎没有影响。普通电池循环使用寿命平均为3000次,而钛酸锂电池完全充放电循环次数可达3万次以上。
安全稳定性好。传统的碳电极在嵌锂之后一旦过充,电极的表面容易析出金属锂,其与电解液接触发生反应会产生可燃性气体从而带来安全隐患。钛酸锂的电势比纯金属锂的电势高,不易产生锂枝晶,放电电压平稳,因此提高了锂电池的安全性能。
耐宽温性能良好。钛酸锂电池的尖晶石结构具有三维锂离子扩散通道,在高低温性能上表现优异。一般电动汽车在-10℃时充放电就会出现问题,钛酸锂电池耐宽温性能良好,在-50℃-60℃均可正常充放电。
钛酸锂电池在能量密度和成本方面存在缺陷。钛酸锂电池尚未普及的原因是能量密度偏低和成本偏高两大缺陷。能量密度方面,珠海银隆的钛酸锂电池能量密度58-91wh/kg,与磷酸锂(120-140wh/kg)及三元锂电池(170wh/kg)差距较大。能量密度低意味着相同重量的电池只能储存较少电量,因此续航能力也较差。成本方面,珠海银隆的钛酸锂电池Pack后9-10元/Ah,折合4000元/kWh,是磷酸铁锂电池2500 元/KWh 的1.6倍。钛酸锂材料产能有限和价格高企是钛酸锂电池昂贵的主因。
钛酸锂电池适用于公交和储能系统,缺陷改进后有望拓宽应用领域。钛酸锂电池高安全、长寿命、快速充放、耐宽温的优势特别适合用于电动公交车和储能系统。更长远来看,钛酸锂电池在能量密度和成本方面具有较大改善空间,其应用范围有望拓宽至电动乘用车,在原有应用领域的功能性也将大幅增强。
能量密度提升方面,银隆第四代高密度钛酸锂电池就比第三代产品能量密度增加30%。目前银隆在研品种包括新型钛基负极材料、高容量正极材料等,旨在保持目前钛酸锂电池优良性能的前提下,将钛酸锂电池的能量密度提升到100-110Wh/kg。
成本下降方面,珠海银隆不断加速钛酸锂材料与电池生产基地建设,年产7000吨的奥钛三期钛酸锂材料项目和年产2.7亿安时的河北银隆三期项目(目前世界最大的钛酸锂材料与电池生产基地)于去年10月投产,钛酸锂电池成本有望逐步下降。