从市场来看,钛酸锂电池因具有高安全性、寿命长和快速充电等优点被认定为汽车锂电池首选,预计未来全球钛酸锂需求量将出现爆发式增长。中国钛酸锂产业起步晚于美国和日本,但发展迅猛。目前,中国钛酸锂生产企业数量及钛酸锂产能已经远超美日两国,成为全球最大的钛酸锂生产国。中国电池网(微号:mybattery)战略合作机构——赛迪顾问统计数据显示,2013年,中国钛酸锂的需求量为3500吨左右,相比2012年的2450吨增长42.86%。
吴辉介绍,就目前碳酸锂企业来看,目前美国奥钛(被珠海银通收购,现改为银隆新能源)日本石原、四川兴能等企业在钛酸锂材料领域具备较强的竞争实力。在钛酸锂电池领域,美国的阿尔泰在2005年就研制出充电时间只需要6分钟的钛酸锂电池;2007年美国的EnerDel在AABC-07上展出负极使用Li4Ti5O12的混合动力锂离子充电电池,且在同一年,日本的东芝宣布量产钛酸锂电池。国内企业有四川兴能、天康集团等企业均已制定了大规模的钛酸锂电池产能扩建计划,这些计划将为未来中国钛酸锂市场需求增长提供充足动力。预计到2015年中国钛酸锂需求量将达1.25万吨。
从技术路线分析,吴辉认为,负极材料作为锂离子电池四大材料中技术相对成熟的材料,在锂离子电池电芯中占据15%左右的成本。目前,负极材料种类包括碳系负极材料、钛酸锂负极材料和合金系负极材料。其中碳系负极材料主要包括人造石墨(Artificial)天然石墨(NG core)中间相炭微球(Meso-phase)和石墨烯。合金系负极材料材料主要包括硅基和锡基等。其中碳系负极占整个负极材料的90%左右的市场份额,而钛酸锂、硅或锡类负极由于技术和成本问题占据了较小的市场份额,但是具备较好的发展前景。
负极材料主要性能指标有比容量、首次效率、循环性和压实密度等。从各种负极材料的性能指标来看,碳系负极材料的理论比容量为372mAh/g,目前天然石墨比容量已达370mAh/g,基本接近理论极值,其循环寿命和安全性一般,且在快充性能领域不具备优势;而合金类负极材料理论容量是石墨的3-11倍,主要包括Sn、Si以及它们形成的氧化物等。纯Sn和Si在饱和嵌锂时将分别形成Li4.4Sn和Li4.4Si,对应的理论比容量分别为931 mAh/g和4200mAh/g。由于在反复充放电过程中,因充电前后晶体结构差异导致巨大的体积变化使其均不能单独运用,合金系负极材料的循环寿命和安全性均较差;钛酸锂作为动力电池最具发展前景的负极材料,其首次效率达到99%,且循环寿命超过30000次,且在安全性和快充特征具备良好的表现,但其理论容量仅为175mAh/g,实际容量保持在160mAh/g。
从技术发展方向分析,吴辉指出,商品化负极材料目前仍以石墨类炭材料为主,钛酸锂和合金系负极材料是目前的研究热点,特别是钛酸锂电池的安全性能和快速充电特征将有望受益于新能源汽车的发展而迎来良好的发展时期。整体而言,面对动力电池和大型储能电池两方面应用,负极材料技术将沿着以下方向发展:

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