钛酸锂电池原料干货丨一文认识锂电池负极材料钛酸锂|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

干货丨一文认识锂电池负极材料钛酸锂

作者：李波涛来源：粉体圈

（原标题：一文认识锂电池负极材料钛酸锂）

目前，在国家大力倡导开发新能源及其相关产业的大环境下，钛酸锂以其优异的安全性、超长循环性能、快速充放电和超宽的高/低温性能，成为新型锂离子电池的负极材料研究热点，其应用前景也不断拓展。

一、钛酸锂概述

钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种由金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物，属于AB2X4系列，可被描述成尖晶石固溶体。Li4Ti5O12最大的特点就是其“零应变性”。

钛酸锂粉体及其SEM图片

所谓“零应变性”是指其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，小于1%。

在充放电循环中，这种“零应变性”能够避免由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少循环带来的比容量衰减，具有非常好的耐过充、过放特征。

钛酸锂作为锂电池负极材料的优缺点：

目前，钛酸锂制备方法主要有固相反应法、溶胶-凝胶法及水热离子交换合成法等。

二、钛酸锂制备方法

选择不同的制备方法会导致钛酸锂粉体不同的晶体形貌，从而影响其电化学性能。所以合成方法的选择与钛酸锂电池的电化学性能之间有着密切的联系。

钛酸锂作为锂电池负极材料存在本征电子导电能力偏低的缺点，影响了负极在放电状态时的导电率。

三、钛酸锂改性方法

通过表面包覆或掺杂等方法能提高电极的表面电导率，从而加快传荷反应速率可使电池的倍率性能的增强。目前包覆或掺杂等方法主要有碳掺杂包覆和金属元素掺杂。

碳包覆就是含碳添加物热分解，从而在颗粒表面分散或包覆导电碳，以充当导电桥的改性方法。碳源主要包括天然石墨、复合碳、乙炔黑和各种含碳多羟基有机化合物。碳包覆不仅能提高钛酸锂材料的电导率，它还能够有效地防止颗粒间的团聚，降低接触内阻，提高电池的倍率性能。1碳掺杂包覆

碳包覆钛酸锂粉体颗粒SEM图片

2金属元素掺杂

钛酸锂改进行金属掺杂的主要目的是：降低它的电极电位，提高电池比能量;提高材料的导电性，降低电阻和极化。对于低电导率的电极活性材料，要提高其导电性能，掺杂是较有效的方法。掺杂元素主要有Ag+、Zr2+、Cu2+、Mg2+、Al3+、Zr4+、F-等及其复合掺杂。

(1)Ag+掺杂钛酸锂，有助于提高钛酸锂电池的容量和循环性，掺杂量为3%wt效果最佳。

(2)Zr2+掺杂钛酸锂，高倍率下首次循环容量和循环性显著提升。

(3)Cu2+掺杂钛酸锂，显著改善钛酸锂电池的高倍率循环性能。

Ag+掺杂钛酸锂粉体SEM图片 Zr2+掺杂钛酸锂粉体SEM图片

Cu2+掺杂钛酸锂粉体SEM图片

四、钛酸锂电池应用

1、便携式电动工具、储能电源;

2、汽车应急启动电源、电池模块、储能基站电源;

3、太阳能光电产品、LED照明;

4、替代超级电容、存储电源。

五、国内外钛酸锂电池相关产业

1钛酸锂材料

国际上对钛酸锂材料研究及产业化方面比较领先的有美国奥钛纳米科技公司、日本石原产业株式会社、英国庄信万丰公司等。其中美国奥钛生产的钛酸锂材料无论在倍率、安全性、长寿命及高低温等方面性能优异。国内在钛酸锂材料量产方面已有多家，如四川兴能、珠海银隆、湖州微宏、深圳贝特瑞、湖南杉杉等企业。

2钛酸锂电池

国际上能够批量生产钛酸锂电池的厂家并不多，主要以美国奥钛纳米技术公司与日本东芝集团为代表。钛酸锂电池的应用市场主要有电动车(巴士、轨道交通等)、储能市场(调频、电网质量、风场等)及工业应用(港口机械、叉车等)。

目前，国内在钛酸锂电池生产方面已有多家，如湖州微宏、珠海银隆、天津捷威、四川兴能、中信国安盟固利、湖南杉杉等。

参考文献作者：李波涛

1、华兰，杨晓燕，康石林等.掺杂Li4Ti5O12作为锂离子蓄电池负极材料[J].电池。

2、杨建华，钟晖，钟海云等.Li4Ti5O12的合成及影响因素[J].中南大学学报。

3、唐致远，阳晓霞等.钛酸锂电极材料的研究进展[J].电源技术。

文章来源：粉体圈

为何钛酸锂是最具应用前景的储能技术？

来源:中国金融信息网

水能、光能、风能、生物质能……近年来，我国清洁能源产业快速崛起。截至2018年底，我国可再生能源发电装机达到7.28亿千瓦，同比增长12%，占全部电力装机的38.3%。其中，风电、光伏累计装机分别达到1.84亿千瓦和1.74亿千瓦。可再生能源的清洁能源替代作用日益突显，这为储能产业打开了更广阔的发展空间。当下，业界普遍认为，多能互补时代已经到来，储能即将站上风口。

我国《能源发展“十三五”规划》提出，加快优质调峰电源建设，积极发展储能，开展储能示范工程建设，构建能源生产、输送、使用和储能体系协调发展、集成互补的能源互联网，推动储能系统与新能源、电力系统协调优化运行。

加快储能技术与产业发展，对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义。

储能商业化仍面临挑战

发展储能，意义重大，而储能作为智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术，其市场价值同样可观，“万亿”规模已经成为基本共识，但现阶段商业化的挑战依然不容忽视。

近年来，我国储能产业中，压缩空气储能、飞轮储能，超导储能和超级电容，铅蓄电池、钠硫电池、液流电池等储能技术研发应用加速，尤其是锂离子电池作为储能的主要技术路径之一，发展迅速。锂离子电池的负极材料主要集中在碳材料、合金材料和钛酸锂等几类。碳材料虽然具有来源广泛、合成工艺简单、无毒无害等优点，但是碳电极与金属锂的电位接近，当电池过充电时容易在碳电极表面析出金属锂形成锂枝晶，锂枝晶会刺穿隔膜引起短路，带来极大安全隐患风险。如果用合金类材料作为负极替代材料，碳材料部分安全性问题,比能量也有所提高,但是在充放电的过程中,体积容易发生较大变化,同样容易穿透隔膜,造成短路。

除了安全，在储能的商业化过程中，成本过高问题是阻碍储能产业化发展的一大瓶颈。事实上，除抽水蓄能外，铅酸、锂电、钠硫等各类电化学储能，成本都相对较高，在没有储能电价政策和补贴政策的前提下，很难实现盈利。目前中国已建成的储能示范工程验证了储能技术的可行性，但商业化运营模式未能形成。

业内专家认为，储能要推进产业化发展，必须研发长寿命、低成本、高安全的储能产品，提高用户端的使用性价比。

钛酸锂技术有望引领储能产业

安全，从来都是钛酸锂的优点。碳材料、合金材料作为负极的劣势恰恰是钛酸锂的优势。相关研究显示，钛酸锂材料负极能吸收正极发生分解反应释放出的氧气，晶型结构几乎不会发生变化，大幅度降低了电池热失控的风险，使得电池能够在高温、低温环境中均可以达到安全使用标准，破解安全难题。

电池寿命是决定成本的重要因素。钛酸锂电池有望以长寿命来摊薄全生命周期成本，率先实现储能的商业化。据专家介绍，与传统锂离子电池普遍采用的石墨材料相比，钛酸锂材料在充放电嵌脱锂过程中，骨架结构几乎不发生收缩或膨胀，被称为“零应变”材料，避免了一般电极材料脱、嵌锂离子时晶胞体积应变而造成的电极结构损坏的问题，因此寿命得到巨大突破。据实验数据测定，钛酸锂电池的循环寿命可达25000次以上，是普通锂电池4-8倍，寿命可达30年。

提及钛酸锂，不得不提国内最大的全国最大的钛酸锂电池生产企业——银隆新能源。已在全国100多座城市运营的银隆新能源汽车我们非常熟悉，殊不知其实银隆是先行布局储能产业，再布局新能源客车的。银隆早已意识到储能是未来推动新能源产业发展的前瞻性技术并致力于储能技术研发。2017年，银隆与中国电力科学研究院等单位联合研究的“储能用低成本钛酸锂电池研制及系统集成技术开发与应用”项目，在保证钛酸锂电池高安全、长寿命本征特性的同时，使成本大幅下降，被评为北京市科学技术奖二等奖，该技术项目的相关研究成果除了在“国家风光储输示范工程”项目中得到应用外，对于在北京—张家口举办的2022年冬奥会以及北京电动汽车产业的发展，也将发挥重要作用。