中國科學院物理研究所教授黃學杰認為,采用二氧化鈦納米管讓電池實現快充、循環壽命長,原理與鈦酸鋰相近,但其性能卻不會比鈦酸鋰(二氧化鈦和碳酸鋰的燒結產物)更好。二氧化鈦本身的電化學性能很差,通過將二氧化鈦納米化,甚至使其成為空心的納米管,方便鋰離子嵌入和脫嵌,從而改善其性能,并達到能夠做電池負極的程度,在理論上可行。
不過,二氧化鈦納米管的商業化應用非常難。雖然不少媒體報道鈦儲量豐富、成本低廉,但將其做成納米管的批量化生產技術太難、在工藝上所花代價大。
而相對“接地氣”的快充型動力電池之一,屬在上海11路示范線運營的奧威超級電容公交車所用電池,循環壽命長達幾十萬次。近日上海11路超級電容公交車發生的火災事件將其推至輿論的風口浪尖,所幸調查結果顯示與超級電容系統無關。但超級電容還是無法掩藏“能量密度過低”(只有動力鋰電池的十分之一)的這一致命缺點。
“奧威超級動容公交車能夠用在上海11路示范線上,是靠關系的。”一名業內人士向高工鋰電透露,其實承載電量極少的超級電容更適合用于輕混車,在車輛爬坡時臨時輔助或在剎車時回收能量。
事實上,市場應用相對較廣的快充型動力電池屬微宏動力、安徽天康等批量生產的鈦酸鋰電池。其已經成功應用于電動公交,是目前快充型動力電池中表現最好的一款電池。
當前不少動力電池廠商正嘗試或已推出新的快充型動力電池:中興派能總經理袁巍正在思考如何讓公司的低溫高功率動力電池更好地實現快充;微宏動力推出新一代的多元復合鋰電池,可在10-15分鐘內充滿電,能量密度比鈦酸鋰提高近50%,循環壽命達10000次;盟固利開發出錳系三元體系功率型動力電池,可實現2分鐘瞬時快充。
各種快充型動力電池“爭奇斗艷”,令人眼花繚亂。值得注意的是,各企業采用的快充解決方案有所不同,負極材料除采用常見的鈦酸鋰外,還有采用多孔復合碳、硬碳甚至是普通的負極材料石墨等(動力電池能否快充、快充時間的長短主要取決于負極材料,也跟電池結構、其他材料等有關系),都希望盡量地讓快充型動力電池的能量密度更高一些、成本再低一點、快充能力更強,以期在市場上獨具優勢。
但不可否認的是,在很多業內人士看來,快充型動力電池幾乎都存在一定“缺陷”,要么能量密度比常規動力電池低、單體電芯成本相對要高,要么還沒達到更好的快充程度(如常規的石墨體系電池)。未來快充型動力電池能否克服這些“缺陷”,達到各方面性能優異、又能保持快充特性,在現有的鋰電池體系下很有難度。
天津力神動力電池開發部總監張娜表示:“如今應用終端對動力電池能量密度的要求越來越高,在此背景下再要求提高其倍率性能的技術難度極大。比如目前常規的石墨體系電池大概可以做到1小時充滿電,當然也可以運用相關技術做到充電時間在10分鐘左右,只是其能量密度就會降低。”
中天儲能CTO靳承鈾補充說道,即便石墨體系電池可實現快充,但其在北方寒冷地區(冬天氣溫常在零下20度)也很難推廣。
從技術角度來看,動力電池能量密度和倍率難以兼得的原因是:如果做能量型動力電池,那么在單位重量或單位體積里,裝進越多的鋰離子活性基團就越好。所以制備動力電池時應讓提供能量的材料(即正負極材料)占的比重多些,而讓不提供能量又必要的材料(如集流體、電解液、隔膜等)所占比重少一些。具體方法是盡量把集流體、隔膜等弄得薄一些,極片涂厚些并壓得厚實一點。這種方法制備的動力電池肯定會損失快充特性。
而想要動力電池能夠快充,必須保證其內阻小。那么其講究的不是在單位重量或單位體積里裝更多的鋰離子活性基團,而是在電池電壓達到一定值時,電流也能夠最大(與倍率性能直接相關是在一瞬間通過一串電池電流的強度)。此時動力電池的制備導向就完全不一樣,應考慮如何增強極片的鋰電子導電能力,對電解液要求更高,讓隔膜通透性更好,同時還能保證其不長鋰枝晶。
不過,沃特瑪副總經理耿德先卻有著自己不同的看法:“常規的石墨體系電池對快充的確有一定局限性,但每個動力電池廠商會有自己的解決方案。現在的電池技術進步很快,以月為單位在發展。未來動力電池的能量密度和倍率性能可以兼得。”
耿德先的觀點也不無道理。也許在現有的鋰離子電池體系下,材料都是較為確定的,動力電池能量密度和倍率性能只能是微調,而不能同時大幅度提高;如果在電芯制備技術和材料選擇方面都有所突破,那么同時提高動力電池能量密度和倍率性能也存在可能性。
客觀來看,倍率性能(即充放電速度)、能量密度、壽命、安全性、價格等是衡量動力電池最重要的五個指標。目前這些指標都固定在比較穩定的雷達圖里面,提高任何一個指標,其他的指標相對來說都會受到損失。不僅快充型動力電池是如此,慢充型動力電池又何嘗不是?所以單論快充型動力電池的弊端不免有些片面。
當前鋰電池業內人士不妨多思考如何突破傳統的鋰電池體系,滿足實際產業更替積累的水平需要,以應對各種新興技術電池所帶來的威脅。
快充動力電池只存在于小眾市場?
GGII調研數據顯示,當前快充型動力電池占總體市場份額不到5%。近年來其投放市場的總量在增大,但增長速度不及常規動力電池,所以市占率始終不大。如今正值動力電池爆發之際,加入快充型動力電池陣營的動力電池廠商增多,GGII分析師預計在2015年快充動力電池的市占率會有所上升。
這是否意味著未來快充型動力電池會逐步擠占常規動力電池的市場份額,甚至成為電動汽車行業應用的主流動力電池?對此,有人肯定,也有人說不可能。
GGII調研發現,看好快充型動力電池市場前景的動力電池廠商,目前已經有產品或即將有產品會投放到市場,而對其市場前景感覺不太樂觀的,并沒有實際產品投放。CATL、力神、國軒、萬向、中航鋰電、中天儲能等國內知名動力電池廠都表示在關注或者有投入研發快充型動力電池,至于會否推出產品則不確定或在靜待時機。
對市場的分析判斷不同,行為表現自然不一樣。面對百花齊放的鋰電池技術路線和瞬息萬變的市場,未來孰勝孰負,的確不好直接下定論。不過,從雙方就市場需求、成本、充電樁和電網建設、政策等幾方面的激烈辯論中,業內人士或許可以一窺端倪。
首先,一方認為快充是終端用戶的必然需求,應竭盡全力滿足;另一方則認為終端用戶會衡量快充的利弊,不是說主觀上想要就會有需求。

