钛酸锂电池纯电动公交车有何优缺点？

【编者按】本文作者刘冠伟，清华大学能源互联网创新研究院博士，副研究员/高级工程师。本文已获作者授权。

先说一下总结性的看法：钛酸锂是一种有用的材料，只是优缺点都比较明显。能量密度低是其最为突出的问题，所以更适合于一些特种的电动汽车的用途，想让汽车跑远点的都请忽略它。

然后再吐槽一下：锂电池，肯定得有正极和负极材料，说不清楚分别是什么，分析其好用难用都无从谈起。钛酸锂电池这个概念倒底算是啥，也没说明钛酸锂当正极还是负极，不过没关系，说到这里咱就干脆都分析一下。

首先贴一下文献，里面有对钛酸锂的简介：

翻译一下：175mAh/g的理论容量，对锂电位1.5V—因此也不会产生SEI，不可逆容量低(所以这个材料寿命和安全性好)，嵌脱锂时体积应变只有不到0.2%，所以材料结构特别稳定。制成时是Li4Ti5O12，充电满后是Li7Ti5O12。 该材料安全，寿命长，在功率型以及低温用途下表现出色。

下面开始分析：

容量不低，175mAh/g，但是这只是容量，不是能量，电压乘以电量得到的才是能量。

此材料电压是1.5V，OK。

问题来了，这个材料既可以做正极，也可以做负极。

如果做正极的话，那基本就要和石墨负极配，得到的电池基本就是1.5V的电池（一般锂电池，3.4，3.7V的都有，现在好像还有4V的）。但是这也太搓了，电压如此低，得到的电池能量密度也比较惨，看看电压差别，就知道，能量密度起码跌一半。

你们整天嫌电动车跑不远，就是因为电池能量密度搓，你再看看它。

还没完，它如果做正极，先充电的话要嵌锂，这就要求负极必须含锂。一般用的负极，比如石墨，都是不含锂的，这就要求锂化。锂化的石墨/硅负极这个技术似乎已经有，不过我听来我们这里介绍的日本专家讲了讲，感觉可不像是什么已经比较成熟的技术，至少个人认为比钛酸锂离实用还要远。

总之，当正极感觉十分不靠谱……

如果做负极的话，OK，这是它的本行吧。

它电压是高一点，不过正好与电解液稳定共存，不会生成SEI膜。因此材料安全性不错，材料充放电时应变又小，被誉为“零应变材料”，总之寿命长，大倍率充放也比较耐受，听说有一万次的寿命。

但是，树上的鸟儿成双对……，它做负极的话，与几种正极材料配合的情况如何？

电池的正负极相配是比较重要的内容：比如这个负极特别牛，一万次的寿命，可惜正极只能撑500下……一样没戏。

几种典型的正极材料，如三元（现在也不错了），钴酸锂、磷酸铁锂，锰酸锂中，磷酸铁锂仍然是毫无疑问的寿命最高的（虽然你们老吐槽铁锂这这那那），磷酸铁锂的功率性能也很好（参见上次磷酸铁锂电池的回答），因此个人认为和钛酸锂配合还比较靠谱。

不过这种电池，电压只有3.4-1.5=1.9V，基本还是一个惨（普通磷酸铁锂电池，以石墨为负极，3.3V左右的电压）。能量密度也相应的非常寒碜。

总之钛酸锂这个材料，要么电压再低点（当负极），要么电压再高一点（牛比无敌新正极），可能境遇都要好很多。

此外，这个材料价格贵是肯定的（RMB/kg），毕竟钛不是什么特别便宜的东西，你再便宜能有锰铁便宜？再加上能量密度低（WH/kg），所以算单位能量（RMB/WH）的价格时，只会更缺乏竞争力。（你们天天嫌电动车贵）

说来说去，其实人家也有优点，材料稳定，安全，大倍率功率性能良好，因此对于“快充” “功率型”用途，一定是比较适合的，这一点没有问题，人家没撒谎。

但是，这种功率型用途是靠牺牲能量密度得来的，以前装100kg电池，现在如果还想跑那么远，就要装200kg…… 所以相应的也就做了一些调整，比如就少装电池，然后跑一趟充一次，每次都快充。 其实我觉得，这也算是一种成功的运行模式。只不过真的得把单位能量（RMB/WH）的价格这笔账算清楚，毕竟受认可的产品，成本一定得有点竞争力，而在这点上钛酸锂好像不太乐观。

另外一个快充，电流大，略危险，能量损失率高，算了……我觉得我像是一个快充黑，总之快充有优点，也有不足，客观看待吧。

PS：这个钛酸锂做负极与磷酸铁锂配合，充分发挥稳定、长寿命、高功率的优点时，做一些功率型、储能型电池，还是比较靠谱的，貌似有厂家有这个产品。

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