從市場(chǎng)來(lái)看,鈦酸鋰電池因具有高安全性、壽命長(zhǎng)和快速充電等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)定為汽車鋰電池首選,預(yù)計(jì)未來(lái)全球鈦酸鋰需求量將出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。中國(guó)鈦酸鋰產(chǎn)業(yè)起步晚于美國(guó)和日本,但發(fā)展迅猛。目前,中國(guó)鈦酸鋰生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量及鈦酸鋰產(chǎn)能已經(jīng)遠(yuǎn)超美日兩國(guó),成為全球最大的鈦酸鋰生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)電池網(wǎng)(微號(hào):mybattery)戰(zhàn)略合作機(jī)構(gòu)——賽迪顧問(wèn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2013年,中國(guó)鈦酸鋰的需求量為3500噸左右,相比2012年的2450噸增長(zhǎng)42.86%。
吳輝介紹,就目前碳酸鋰企業(yè)來(lái)看,目前美國(guó)奧鈦(被珠海銀通收購(gòu),現(xiàn)改為銀隆新能源)日本石原、四川興能等企業(yè)在鈦酸鋰材料領(lǐng)域具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。在鈦酸鋰電池領(lǐng)域,美國(guó)的阿爾泰在2005年就研制出充電時(shí)間只需要6分鐘的鈦酸鋰電池;2007年美國(guó)的EnerDel在AABC-07上展出負(fù)極使用Li4Ti5O12的混合動(dòng)力鋰離子充電電池,且在同一年,日本的東芝宣布量產(chǎn)鈦酸鋰電池。國(guó)內(nèi)企業(yè)有四川興能、天康集團(tuán)等企業(yè)均已制定了大規(guī)模的鈦酸鋰電池產(chǎn)能擴(kuò)建計(jì)劃,這些計(jì)劃將為未來(lái)中國(guó)鈦酸鋰市場(chǎng)需求增長(zhǎng)提供充足動(dòng)力。預(yù)計(jì)到2015年中國(guó)鈦酸鋰需求量將達(dá)1.25萬(wàn)噸。
從技術(shù)路線分析,吳輝認(rèn)為,負(fù)極材料作為鋰離子電池四大材料中技術(shù)相對(duì)成熟的材料,在鋰離子電池電芯中占據(jù)15%左右的成本。目前,負(fù)極材料種類包括碳系負(fù)極材料、鈦酸鋰負(fù)極材料和合金系負(fù)極材料。其中碳系負(fù)極材料主要包括人造石墨(Artificial)天然石墨(NG core)中間相炭微球(Meso-phase)和石墨烯。合金系負(fù)極材料材料主要包括硅基和錫基等。其中碳系負(fù)極占整個(gè)負(fù)極材料的90%左右的市場(chǎng)份額,而鈦酸鋰、硅或錫類負(fù)極由于技術(shù)和成本問(wèn)題占據(jù)了較小的市場(chǎng)份額,但是具備較好的發(fā)展前景。
負(fù)極材料主要性能指標(biāo)有比容量、首次效率、循環(huán)性和壓實(shí)密度等。從各種負(fù)極材料的性能指標(biāo)來(lái)看,碳系負(fù)極材料的理論比容量為372mAh/g,目前天然石墨比容量已達(dá)370mAh/g,基本接近理論極值,其循環(huán)壽命和安全性一般,且在快充性能領(lǐng)域不具備優(yōu)勢(shì);而合金類負(fù)極材料理論容量是石墨的3-11倍,主要包括Sn、Si以及它們形成的氧化物等。純Sn和Si在飽和嵌鋰時(shí)將分別形成Li4.4Sn和Li4.4Si,對(duì)應(yīng)的理論比容量分別為931 mAh/g和4200mAh/g。由于在反復(fù)充放電過(guò)程中,因充電前后晶體結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致巨大的體積變化使其均不能單獨(dú)運(yùn)用,合金系負(fù)極材料的循環(huán)壽命和安全性均較差;鈦酸鋰作為動(dòng)力電池最具發(fā)展前景的負(fù)極材料,其首次效率達(dá)到99%,且循環(huán)壽命超過(guò)30000次,且在安全性和快充特征具備良好的表現(xiàn),但其理論容量?jī)H為175mAh/g,實(shí)際容量保持在160mAh/g。
從技術(shù)發(fā)展方向分析,吳輝指出,商品化負(fù)極材料目前仍以石墨類炭材料為主,鈦酸鋰和合金系負(fù)極材料是目前的研究熱點(diǎn),特別是鈦酸鋰電池的安全性能和快速充電特征將有望受益于新能源汽車的發(fā)展而迎來(lái)良好的發(fā)展時(shí)期。整體而言,面對(duì)動(dòng)力電池和大型儲(chǔ)能電池兩方面應(yīng)用,負(fù)極材料技術(shù)將沿著以下方向發(fā)展: