微宏動力宋寒：淺析LpT鋰電池應用前景

    鋰電世界  近年來，具有節省燃油消耗與降低二氧化碳排放優勢的混合動力汽車(HEV)保有量不斷增加，從乘用車到公共交通領域，均已實現批量應用。
    1997年問世的豐田普瑞斯混合動力轎車目前全球累計銷量達287萬輛;混合動力公交客車也已在倫敦、巴塞羅那等歐洲城市運營；在國內公共交通領域，混合動力公交客車在各示范運營城市的保有量已占到“十城千輛工程”示范車輛總量的85%以上。

    混合動力汽車可使用更小排量的發動機，在汽車怠速等情況下關閉發動機，采用電池或電容作為儲能單元回收制動能量，更有效地提高燃油經濟性；與純電動汽車相比，電機功率較小，可以減少車載動力電池組容量，續駛里程較長。而插電式混合動力汽車(PHEV)采用較大容量的電池組，純電動行駛里程更長更節能，也是國家《節能與新能源產業規劃(2012-2020)》中提到的與純電動汽車并列的發展對象。

    在混合動力技術發展過程中，隨著系統對儲能系統要求的不斷提高，儲能單元也經歷了從鉛酸電池、鎳氫電池、超級電容到鋰離子電池的跨越。目前，混合動力汽車尤其是插電式混合動力汽車，大多采用鋰離子電池作為儲能系統，而超級電容在混合動力公交客車領域也有著較為廣泛的應用。

    1.混合動力車與插電式混合動力車對儲能系統的要求

    動力電池是混合動力汽車的基本儲能單元，其性能直接影響到驅動電機的性能，從而影響整車性能。混合動力汽車動力電池使用情況不同于純電動汽車，在工作時常處于非周期性充放電循環中，且通常裝載的電池組容量較小，電池需具備高充放電倍率和效率，以及較高的比功率密度(W/Kg)；此外，混合動力汽車需要頻繁對電池進行充電與放電，充放次數因此較多，對大充放倍率下的循環壽命也提出更高要求。對插電式混合動力汽車而言，由于同時具有純電動行駛工況及混合動力行駛工況，對電池的比能量密度(W[NextPage]h/Kg)與比功率密度均有要求。

    2.常用儲能單元對比

    國內混合動力公交客車早期使用鎳氫電池作為儲能單元，但其在高溫放電效率、“記憶效應”、循環壽命、熱管理及電池組管理等方面都存在著較難解決的問題;超級電容理論上充放電循環壽命長，可快速充電，也可提供很高的放電電流，但其缺點是能量密度低，混合動力公交客車在山地城市或者頻繁起步加速的工況中，常出現電能耗盡情況，影響車輛動力和節油率;鋰離子電池具有比鎳氫電池更高的電壓平臺、能量密度、功率密度及更長的循環壽命，相對超級電容具有更高的能量密度與性價比，然而由于混合動力工況條件嚴苛，鋰離子電池系統壽命，以及在極端情況下的安全問題均面臨挑戰。

    3.LpTO鋰離子電池特性及應用前景

    鈦酸鋰(LTO)材料用于電池開發始于上世紀90年代，作為負極材料應用，相對碳負極有較大優勢，近年來倍受關注。LTO是一種零應變材料，鋰離子在嵌入與脫出時，晶格常數與體積變化都很小，循環性能極佳。LTO材料不與電解液發生反應，無SEI膜形成，LTO的電勢也比鋰金屬高，不易析出鋰枝晶，相比石墨負極鋰離子電池具有更高的安全性能。

    LpTO電池與其他混合動力汽車用儲能單元主要性能參數對比(表一)：

    資料來源：國內知名廠家混合動力鎳氫電池數據、韓國知名廠家混合動力用超級電容數據、國內知名廠家

    混合動力用磷酸鐵鋰電池數據，6C充/6C放，100%DOD，室溫循環至80%。

    微宏動力對現有LTO材料進行改性，并同時對正極材料、隔膜以及電解液進行了相應的改性開發，經過系統整合，開發出了更安全與超長循環壽命的LpTO電池。LpTO電池技術應用在混合動力與插電式混合動力汽車領域有以下的優勢：高倍率充放條件下的長循環壽命，可與車輛同使用壽命;功率密度較高，同時滿足混合[NextPage]動力與插電式混合動力對電池組能量密度的要求;更安全的負極材料使得電池組整體安全程度更高;能夠經濟地滿足車輛動力需求及能量回收的各種復雜工況;系統成本也更低。

    相對與磷酸鐵鋰電池而言，LpTO電池具有高倍率充放電條件下十倍的循環壽命、更高的低溫充放電效率以及更高的安全性能。長循環壽命使得電池組可以與車輛同壽命，降低車輛的后期維護成本。相對超級電容而言LpTO電池具有十倍以上的能量密度，可避免出現山地及頻繁起步加速時電能容易耗盡的情況，同時相對更低的成本也增加了其競爭力。

    目前，LpTO電池已經批量應用在插電式混合動力公交客車上。表2列出了一款采用LpTO電池的12米插電式混合動力公交客車的基本參數，這款車型可采用集電弓從車頂充電，利用電池可快速充電的特性，在車輛停靠的間隙充電，充分利用純電模式行駛，以達到高節油率目標。

    采用LpTO電池組的插電式混合動力公交客車基本參數(表二)：

    裝配LpTO電池組，采用集電弓快速充電的插電式混合動力公交客車

    混合動力汽車與插電式混合動力汽車的初始投入和燃油消耗較低，日益受到市場青睞。隨著電池技術的不斷進步，新的LpTO電池可望與車輛同壽命，兼顧鋰離子電池與超級電容的優點，這能夠彌補現有鋰離子電池體系在使用壽命、安全方面的不足，同時具有比超級電容更高的能量密度與性價比，是混合動力汽車與插電式混合動力汽車儲能系統更佳的選擇。

    LpTO電池組已在重慶經過長時間嚴冬與酷暑的嚴格考驗，在快速充電純電動公交客車上單車累積里程超過60,000Km，循環次數超過2,500次。其在插電式混合動力公交客車上也正開始規模化的應用。