【編者按】本文作者劉冠偉,對岸中國清華大學能源互聯網創新研究院博士,副研究員/高級工程師。
先說一下總結性的看法:鈦酸鋰是一種有用的材料,只是優缺點都比較明顯。能量密度低是其最為突出的問題,所以更適合於一些特種的電動汽車的用途,想讓汽車跑遠點的都請忽略它。
然後再吐槽一下:鋰電池,肯定得有正極和負極材料,說不清楚分別是什麼,分析其好用難用都無從談起。鈦酸鋰電池這個概念倒底算是啥,也沒說明鈦酸鋰當正極還是負極,不過沒關係,說到這裡咱就乾脆都分析一下。
首先貼一下文獻,裡面有對鈦酸鋰的簡介:
翻譯一下:175mAh/g的理論容量,對鋰電位1.5V---因此也不會產生SEI,不可逆容量低(所以這個材料壽命和安全性好),嵌脫鋰時,體積應變只有不到0.2%,所以材料結構特別穩定。製成時是Li4Ti5O12,充電滿後是Li7Ti5O12。 該材料安全,壽命長,在功率型以及低溫用途下表現出色。
下面開始分析:
容量不低,175mAh/g,但是這只是容量,不是能量,電壓乘以電量得到的才是能量。
此材料電壓是1.5V,OK。
問題來了,這個材料既可以做正極,也可以做負極。
如果做正極的話,那基本就要和石墨負極配,得到的電池基本就是1.5V的電池(一般鋰電池,3.4,3.7V的都有,現在好像還有4V的)。但是這也太差了,電壓如此低,得到的電池能量密度也比較慘,看看電壓差別,就知道,能量密度起碼跌一半。
你們整天嫌電動車跑不遠,就是因為電池能量密度差,你再看看它。
還沒完,它如果做正極,先充電的話要嵌鋰,這就要求負極必須含鋰。一般用的負極,比如石墨,都是不含鋰的,這就要求鋰化。鋰化的石墨/矽負極,這個技術似乎已經有,不過我聽來我們這裡介紹的日本專家講了講,感覺可不像是什麼已經比較成熟的技術,至少個人認為比鈦酸鋰離實用還要遠。
總之,當正極感覺十分不實際......
如果做負極的話,OK,這是它的本行吧。
它電壓是高一點,不過正好與電解液穩定共存,不會生成SEI膜。因此材料安全性不錯,材料充放電時應變又小,被譽為「零應變材料」,總之壽命長,大倍率充放也比較耐受,聽說有一萬次的壽命。
但是,樹上的鳥兒成雙對......,它做負極的話,與幾種正極材料配合的情況如何?
電池的正負極相配,是比較重要的內容:比如這個負極特別牛,一萬次的壽命,可惜正極只能撐500下......一樣沒戲。
幾種典型的正極材料,如三元(現在也不錯了),鈷酸鋰、磷酸鐵鋰,錳酸鋰中,磷酸鐵鋰仍然是毫無疑問的壽命最高的(雖然你們老吐槽鐵鋰這這那那),磷酸鐵鋰的功率性能也很好(參見上次磷酸鐵鋰電池的回答),因此個人認為和鈦酸鋰配合還比較實際。
不過這種電池,電壓只有3.4-1.5=1.9V,基本還是一個慘(普通磷酸鐵鋰電池,以石墨為負極,3.3V左右的電壓)。能量密度也相應的非常寒磣。
總之鈦酸鋰這個材料,要麼電壓再低點(當負極),要麼電壓再高一點(牛比無敵新正極),可能境遇都要好很多。
此外,這個材料價格貴是肯定的(RMB/kg),畢竟鈦不是什麼特別便宜的東西,你再便宜能有錳鐵便宜?再加上能量密度低(WH/kg),所以算單位能量(RMB/WH)的價格時,只會更缺乏競爭力。(你們天天嫌電動車貴)
說來說去,其實人家也有優點,材料穩定,安全,大倍率功率性能良好,因此對於「快充」 「功率型」用途,一定是比較適合的,這一點沒有問題,人家沒撒謊。
但是,這種功率型用途,是靠犧牲能量密度得來的,以前裝100kg電池,現在如果還想跑那麼遠,就要裝200kg...... 所以相應的也就做了一些調整,比如就少裝電池,然後跑一趟充一次,每次都快充。 其實我覺得,這也算是一種成功的運行模式。
只不過真的得把單位能量(RMB/WH)的價格,這筆帳算清楚,畢竟受認可的產品,成本一定得有點競爭力,而在這點上,鈦酸鋰好像不太樂觀。
另外一個快充,電流大,略危險,能量損失率高,算了......我覺得我像是一個快充黑,總之快充有優點,也有不足,客觀看待吧。
PS:這個鈦酸鋰做負極與磷酸鐵鋰配合,充分發揮穩定、長壽命、高功率的優點時,做一些功率型、儲能型電池,還是比較實際的,貌似有廠家有這個產品。
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