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百无一用？

近年来，固态电池技术、钠离子电池技术等新动力电池路线已经从最初的炒作慢慢变成了图景清晰的未来甚至已经投入商业应用，但是在新能源乘用车领域，锂离子电池仍然凭借着装机量和性能优势一骑绝尘。

而在锂离子动力电池中，除了我们熟知的磷酸铁锂电池和三元锂电池两种路线外，还有一个颇为边缘、经常被人看作是一个独立的电池类别的“小众电池”——钛酸锂电池。这个电池这两年能为大众所熟知，恐怕还是因为格力电器董事长董明珠的力挺。

为什么说钛酸锂电池不是一个独立的电池类别？这是因为在碳酸锂电池中，碳酸锂材料其实主要是作为负极，正极仍然是三元锂、钴酸锂、磷酸铁锂等等材料组成。商业化锂离子电池一般都以资源丰富的石墨材料作为负极，但石墨在电解液循环过程中副反应较多，结构容易被破坏，甚至在经历长期的充放电后电池寿命也会大幅缩短；且由于石墨倍率性能较差，往往不能进行大电流充放电。

这就要简单讲一下锂离子电池负极的工作原理，石墨类材料实际上是层状结构的碳材料，其工作原理和正极材料类似，都是要将锂离子嵌入石墨层之间来进行储存。锂离子会在放电时离开石墨层，在充电时又回到石墨层之间，但石墨层与层之间的结合能力比较弱，很容易在充放电过程中发生层层剥离。

在电池实际使用中，如果过度放电，即石墨层中的锂离子已经消耗殆尽的情况下继续向石墨层索要锂离子，则SEI（固态电解质层，锂离子可以通过而电子不能）中的锂离子不得不离开电极，就会造成SEI膜被破坏；反之亦然，如果电池过度充电，由于石墨层间位置已经被占满，新来的锂离子无法嵌入，只能沉积于石墨表面形成锂金属，将会产生锂枝晶，刺穿SEI膜，导致锂析出。

在这些缺点的鞭策下，将钛酸锂作为负极材料的研究渐成气候。实际上，钛酸锂电池最大的优势就是远高于石墨负极的热力学稳定性。可这种优势无法提高电池的能量密度，也不可能满足或提高汽车的续航里程，在乘用车市场或许真的“百无一用”；但在某些领域，钛酸锂电池可能摇身一变，就成了“被埋没的金子”。

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不上车的另类选择

钛酸锂的稳定性源于自身的“零应变”特质，即锂离子嵌入、脱出过程中几乎无体积变化，数据显示其在充放电过程中体积形变小于1%，循环稳定性非常好。换句话说，这也是因为钛酸锂电位（1.55V）远高于金属锂的还原电位，所以钛酸锂电池基本上没有锂枝晶生长的问题，甚至在钛酸锂负极表面都不会生成SEI膜，避免了电池循环过程中由于SEl膜的破坏而导致电池性能劣化，具有极高的安全性能。

这种安全性体现在应用中的另一个特征就是电池寿命极长，甚至可以说“怎么造都没事”。根据日本东芝公开信息，钛酸锂电池的循环寿命可达2万次，远超主流锂离子电池的3000次的循环寿命天花板。这还是在0%-100%的充放电深度下做的测试，2万次充放电后，钛酸锂电池仍然维持80%的电池容量；如果是50%-90%的充放电深度下，2万次后电池容量基本无衰减，堪称无敌。

但缺点我们也提到了，钛酸锂电池能量密度低到根本没法满足日常乘用车需求，且钛金属本身又属于贵金属，制造成本较高。那这种又贵、能量密度又低的电池到底哪里需要呢？自然是特别要求长循环寿命、对成本不太敏感但又对安全性要求更高的场景，比如高铁、地铁等轨道交通行业。

轨道交通虽然大部分是通过接触网或者第三轨供电，但车上一般都有负责能量制动回收、无网时短距离运行等情况的储备电池，寿命长、安全性高、耐寒耐热能力强的钛酸锂电池就很有存在感了。运行在青藏高原的德令哈有轨电车，是目前海拔最高的有轨电车路线，车上配备的就是免维护的钛酸锂电池。

总的来说，电池没有好或不好，只有适合与否——哪怕适合的领域颇为小众。

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编辑｜张毅

审核｜吴新

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