從市場來看,鈦酸鋰電池因具有高安全性、壽命長和快速充電等優點被認定為汽車鋰電池首選,預計未來全球鈦酸鋰需求量將出現爆發式增長。中國鈦酸鋰產業起步晚于美國和日本,但發展迅猛。目前,中國鈦酸鋰生產企業數量及鈦酸鋰產能已經遠超美日兩國,成為全球最大的鈦酸鋰生產國。中國電池網(微號:mybattery)戰略合作機構——賽迪顧問統計數據顯示,2013年,中國鈦酸鋰的需求量為3500噸左右,相比2012年的2450噸增長42.86%。
吳輝介紹,就目前碳酸鋰企業來看,目前美國奧鈦(被珠海銀通收購,現改為銀隆新能源)日本石原、四川興能等企業在鈦酸鋰材料領域具備較強的競爭實力。在鈦酸鋰電池領域,美國的阿爾泰在2005年就研制出充電時間只需要6分鐘的鈦酸鋰電池;2007年美國的EnerDel在AABC-07上展出負極使用Li4Ti5O12的混合動力鋰離子充電電池,且在同一年,日本的東芝宣布量產鈦酸鋰電池。國內企業有四川興能、天康集團等企業均已制定了大規模的鈦酸鋰電池產能擴建計劃,這些計劃將為未來中國鈦酸鋰市場需求增長提供充足動力。預計到2015年中國鈦酸鋰需求量將達1.25萬噸。
從技術路線分析,吳輝認為,負極材料作為鋰離子電池四大材料中技術相對成熟的材料,在鋰離子電池電芯中占據15%左右的成本。目前,負極材料種類包括碳系負極材料、鈦酸鋰負極材料和合金系負極材料。其中碳系負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。合金系負極材料材料主要包括硅基和錫基等。其中碳系負極占整個負極材料的90%左右的市場份額,而鈦酸鋰、硅或錫類負極由于技術和成本問題占據了較小的市場份額,但是具備較好的發展前景。
負極材料主要性能指標有比容量、首次效率、循環性和壓實密度等。從各種負極材料的性能指標來看,碳系負極材料的理論比容量為372mAh/g,目前天然石墨比容量已達370mAh/g,基本接近理論極值,其循環壽命和安全性一般,且在快充性能領域不具備優勢;而合金類負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在飽和嵌鋰時將分別形成Li4.4Sn和Li4.4Si,對應的理論比容量分別為931 mAh/g和4200mAh/g。由于在反復充放電過程中,因充電前后晶體結構差異導致巨大的體積變化使其均不能單獨運用,合金系負極材料的循環壽命和安全性均較差;鈦酸鋰作為動力電池最具發展前景的負極材料,其首次效率達到99%,且循環壽命超過30000次,且在安全性和快充特征具備良好的表現,但其理論容量僅為175mAh/g,實際容量保持在160mAh/g。
從技術發展方向分析,吳輝指出,商品化負極材料目前仍以石墨類炭材料為主,鈦酸鋰和合金系負極材料是目前的研究熱點,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展而迎來良好的發展時期。整體而言,面對動力電池和大型儲能電池兩方面應用,負極材料技術將沿著以下方向發展:

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