撫州投資20億元石墨烯鈦酸鋰動力電池項目開工

    鋰電世界  近日，江西撫州高新區集中開工十個億元以上項目，投資總額達78.6億元；同時集中簽約16個項目，投資總額達130億元。據悉，這次集中開工項目包括投資20億元的迪比科股份石墨烯鈦酸鋰動力電池生產項目。

    迪比科五年后年產值達到200億元，將成為全國最大規模的石墨烯鈦酸鋰新能源汽車動力電池制造產業基地。

    2015年11月4日，撫州市委副書記、市長張鴻星率撫州市考察團遠赴美國加州帕薩迪納市，考察了美國正道汽車公司總部，并出席了撫州高新區、江西迪比科股份有限公司與正道集團有限公司戰略合作協議簽約儀式。

    正道集團有限公司是一家在香港成立上市的股份有限公司，主要從事汽車生產銷售、物業發展、室內游樂場以及投資控股等業務。旗下美國正道汽車公司是集汽車開發、制造、銷售為一體的新型環保節能汽車公司，在美國和中國設有多個制造基地。

    根據戰略合作協議，正道集團將為迪比科股份有限公司提供石墨烯鈦酸鋰電池(目前市場上最高端的電動汽車電池)制造技術并包銷所有電池產品，幫助迪比科打造全球規模最大、技術最先進的新能源電動汽車電池制造產業基地，打造中國新能源汽車產業高技術動力電池的標桿性制造運營體。

    該項目計劃總投資20億元，年產200萬千瓦時石墨烯鈦酸鋰電池(全球最大產能)，銷售收入達100億元，實現稅金6億元。此外，正道集團還將為迪比科在項目融資及上市方面提供支持。

    解析鈦酸鋰動力電池及其發展歷程

    目前，我國采用鈦酸鋰電池為動力源的新能源汽車有不少已經投入運營。像北汽福田汽車股份有限公司、金龍聯合汽車工業(蘇州)有限公司、廈門金龍汽車集團股份有限公司、安徽安凱汽車股份有限公司、珠海銀隆新能源有限公司等多家企業也都推出了鈦酸鋰動力電池的新能源客車。

    鈦酸鋰，Li4Ti5O12，面心立方尖晶石結構。常用的化合物分子式為AM2O4，空間群為Fd3m，晶胞參數a=0.836nm。這種尖晶石結構對鋰離子有一定的容納空間，通俗來說一個鈦酸鋰能容納3個鋰離子。

    充放電時的鋰離子嵌入和脫嵌對鈦酸鋰材料的結構幾乎沒有影響，因為鈦酸鋰的晶型結構幾乎沒有發生變化，a值僅從0.836nm增大到0.837nm。這種現象被稱為“零應變”，因此鈦酸鋰也被稱為“零應變材料”。

    這種性質對電極材料來說具有重要的作用，能夠避免充放電過程中由于材料的伸縮變化而導致結構發生變化，從而提高電極的性能和減少比容量的大幅度衰減，延長了電池的使用壽命。

    目前的鋰離子電池負極材料的研究主要集中在碳基材料上。其中碳電極在電池反應過程中進行嵌鋰后的電位接近金屬鋰的電位，一旦電池在過充時，碳電極的表面就容易析出金屬鋰。

    產生的金屬鋰會跟電解液接觸反應產生可燃性氣體，給動力電池帶來相當大的安全隱患。另外，石墨材料負電極存在與電解液的共嵌入問題，對電解液敏感高，穩定性有限導致電極的循環穩定性受到影響。

    合金類負極材料與碳負極材料相比具有較高的比容量，在充放電過程中鋰的反復嵌脫會使合金類負極的體積發生較大變化導致循環性能變差。石墨類與鈦酸鋰負極材料的一些性質參數如下表所示。

    鈦酸鋰的化學擴散系數(一般為2×10-8cm2/s)要比碳負極材料的擴散系數大—個數量級，高擴散系數意味著鈦酸鋰要比其他的碳負極材料具備更快和更多的循環充放電能力。但鈦酸鋰本身并不能提供鋰源，因此只能與含有鋰的電極材料進行搭配。

    鈦酸鋰作為正極時，負極只能是金屬鋰或鋰合金，此時電池的電壓約為1.5V左右。鈦酸鋰作為負極和LiCoO2、LiMn2O4等正極材料可組成電壓為3V上下的電池。

    盡管鈦酸鋰可以作為負極也可以作正極使用，但由于相對Li+/Li的電位為1.5V，因此作為正極材料進行研究和應用并不多。尖晶石結構特有三維鋰離子擴散通道，因此鈦酸鋰在高低溫性能上也表現優異。

    與碳負極材料相比，鈦酸鋰的高電位(1.5VvsLi+/Li)意味著通常在碳負極與電解液接觸在表面產生的SEI膜在鈦酸鋰表面上基本難以形成。在正常電壓范圍內，在鈦酸鋰表面上也難以生成鋰枝晶。這一點很重要，因為在很大程度上避免了鋰枝晶在電池內部造成短路的可能。所以采用鈦酸鋰為負極的鋰離子電池的安全性在各種類型的鋰離子電池中相對要高。

    鈦酸鋰動力電池的應用及進展

    鈦酸鋰動力電池在市場上的應用主要以新能源客車和公交為主，除此之外在儲能市場及相關工業上也有應用。目前上能夠批量生產鈦酸鋰電池的企業并不多，國際上以日本東芝和Altairnano為代表，國內以湖州微宏為代表。

    近年來，國內鈦酸鋰電池技術和性能上與國外差距不大，鈦酸鋰電池已實現國產化并逐漸用于新能源汽車領域。能夠生產鈦酸鋰電池的國內企業主要有湖州微宏動力有限公司、中信國安盟固利電源技術有限公司、珠海銀隆新能源有限公司、天津市捷威動力工業有限公司等，電池主要應用于快充型純電動客車、插電式混合動力客車等。

    由安徽天康集團新能源有限公司研制成功的鈦酸鋰電池通過相關檢側中心的檢側，結果表明該鈦酸鋰電池耐高低溫性能好，充放電能量轉化效率能到達90%以上，安全性能及循環壽命均達到先進水平。一般的鋰離子電池充放電循環壽命在5000次左右，而該電池循環壽命可達2萬次以上。

    湖州微宏一直致力于鈦酸鋰技術開發，具備日產8萬只10Ah的鈦酸鋰電池產品的產能。截至2014年底，湖州微宏的10min快速充電電池系統已裝備了超過3000輛混合動力為主的電動大巴，主要銷往國外及中國重慶等地。

    河北銀隆量產的鈦酸鋰電池有軟包電池和圓柱電池兩種類型。電池100%DOD的循環次數超過1萬6千次，10%DOD則達到160萬次。在動力電池的應用方面，銀隆新型純電動公交車使用的鈦酸鋰電池續航里程最高可達80km，快速充電只需6到10分鐘，利用夜間慢充充滿也只需30到60分鐘。廣東、河北等多地公交系統已采用該車型。

    鈦酸鋰動力電池的未來前景

    總體來看，目前鈦酸鋰的主要問題表現在倍率性能較差和能量密度不夠上。鈦酸鋰的比容量會在高倍率下衰減迅速。在鋰離子動力電池的實際應用中，高倍率工作特性是影響大規模商業化的重要因素之一。

    但鈦酸鋰電池具有快充的優勢，隨著充電設施的大面積覆蓋，裝有鈦酸鋰電池的電動車能隨時隨地充電，對鈦酸鋰電池能量密度的要求會有所降低。在當前新能源汽車產業蓬勃發展的環境下，推動鈦酸鋰動力電池技術進一步發展及廣泛應用需要各方的努力。