【正文】 低，不利于鈦酸鋰電池極片的涂布。采用高功率鋰離子電池儲能單元替換鉛酸電池，將是解決以上問題的有效途徑之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，太陽能儲能電池市場需求在 200億元人民幣左右?！睋?jù)專家分析，截至 2015年，全球儲能市場規(guī)模將達(dá)到 500 億美元，我國儲能電源的市場將達(dá)到 1000億元人民幣。當(dāng)并網(wǎng)式大型風(fēng)能發(fā)電場裝機(jī)容量占所在電網(wǎng)系統(tǒng)總?cè)萘勘壤_(dá)10%以上時，需要儲能電池來穩(wěn)定電壓。 鋰電池在能源儲備領(lǐng)域也有重要應(yīng)用，首先可以解決電網(wǎng)用電的峰谷調(diào)節(jié)難題。 kg鈦酸鋰存儲1 kWh電能計算，那么滿足以上龐大規(guī)模電動汽車市場則需要鈦酸鋰材料37萬噸，相應(yīng)的市場規(guī)模達(dá)到550億元。到2020年，中國計劃擁有2000萬輛電動汽車，其中包括1500萬輛混合動力汽車與500萬輛純電動汽車。以目前其市場價格15萬元/噸計算，則鈦酸鋰材料僅在電動自行車領(lǐng)域的市場規(guī)模就接達(dá)到90億元，如果市場占有率為10%，市場規(guī)模也會達(dá)到9億元。在國家有關(guān)政策和環(huán)保需求下未來將改以鋰離子電池為主。以電動自行車為例，目前全球電動自行車市場中國占約95%，輕型電動車2000年進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，目前正處于產(chǎn)業(yè)生命周期快速增長的初期，受消費者對這一新興交通工具的青睞，推動輕型電動車產(chǎn)業(yè)保持80%以上的增長速度。國內(nèi)高校與科研院所近年來在鈦酸鋰材料的科研工作也逐漸活躍起來，其中以清華大學(xué)、中科院上海硅酸鹽所、天津大學(xué)化工學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)等研究較為集中，成果較多。 在2007年初 CES 展覽中，Toshiba也展示了可快速充電的筆記型電腦。此外，SCiB能在 5 分鐘內(nèi)快速充電達(dá) 90% ，研發(fā)目的主要為供應(yīng)工業(yè)使用，如機(jī)車、電動車及叉架起貨機(jī)等機(jī)具。然而，過大的比表面使得材料的密度較低，電極涂布加工工藝復(fù)雜，增加了后續(xù)電池制造的成本。位于美國內(nèi)華達(dá)州的Reno市的Altair Nano公司于2003年公布了鈦酸鋰納米晶體制備工藝的專利。本項目采用價格低廉、來源廣泛的工業(yè)級二氧化鈦作為原料，使得生產(chǎn)成本大大降低。 （2）鈦酸鋰電池單體，我們主要生產(chǎn)25Ah鈦酸鋰電池，主要面向軍方應(yīng)急電源系統(tǒng)、汽車啟停電池、純電動汽車的動力系統(tǒng)及風(fēng)力、太陽能行業(yè)的儲能系統(tǒng)。所制備的25Ah鈦酸鋰電池也達(dá)到其設(shè)計要求，通過一系列測試，鈦酸鋰電池的性能達(dá)到甚至超過現(xiàn)有市場上的產(chǎn)品，從客戶反饋來看，試銷的鈦酸鋰電池，其性能得到軍方客戶的認(rèn)可。 項目產(chǎn)品可靠性分析。下圖為不同溫度不同倍率的電池放電曲線。從圖中我們可以看到，在4C快充下，循環(huán)2000次，容量衰減不超過10%，擁有出色的長壽命。 （1）倍率性能優(yōu)異，從下圖的數(shù)據(jù)可以看到，鈦酸鋰電池在1C，2C，4C下，容量接近一致，說明此鈦酸鋰電池具有優(yōu)異的倍率性能。然而，這兩類材料仍然存在不可逆容量高、循環(huán)壽命短的缺點，因此在10年內(nèi)很難實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，不會對鈦酸鋰造成實質(zhì)性的威脅。目前鈦酸鋰材料面臨的主要技術(shù)風(fēng)險是自身振實密度與可逆容量的進(jìn)一步提高，以獲得與傳統(tǒng)石墨類負(fù)極材料相近甚至更佳的能量密度。當(dāng)今鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，技術(shù)革新的步伐也大大加快。利用噴霧干燥技術(shù)制備的鈦酸鋰，球形較好，振實密度大，利于后續(xù)電池組裝中的涂布加工工藝。 ，以鋰片為負(fù)極制備的半電池測試表明，鈦酸鋰的克容量達(dá)到170mAh/g，接近鈦酸鋰的理論容量175mAh/g。將制備得到的半成品鈦酸鋰與碳納米管濕法混合，進(jìn)行第二濕法球磨。其主要包括，提供前驅(qū)體鈦源，鋰源。材料理化性能測試內(nèi)容包括：光學(xué)顯微鏡觀察（球形顆粒尺寸分析、高通量篩選）、電子顯微鏡觀察（表面形貌分析）、粒度分布測量、XRD（晶形分析）、BET（比表面積測量）、電阻率測量、恒流充放電測試（克容量、倍率性能測量）、恒流循環(huán)測試（循環(huán)壽命分析）、循環(huán)伏安測試（極化程度測量）、阻抗譜測試（界面阻抗分析、SEI研究）等。電池組裝過程主要包括：漿料制備、涂布、烘干、剪裁、卷繞、入殼、注液、封裝、化成等一系列步驟。 （3）電池組裝與鈦酸鋰材料理化性能測試。該過程重點考察了煅燒溫度、停留時間、粉體放置方式（面積、厚度）、氣氛（氮氣等惰性氣氛用于進(jìn)行鈦酸鋰的表面碳包裹）、氣體流量與氣流分布、單位爐體積可燒成的鈦酸鋰質(zhì)量等參數(shù)。噴霧造粒后得到的鋰鈦前軀體雖然實現(xiàn)了納米級別的鋰、鈦元素混合，但由于存在相分離，因此并無電化學(xué)活性，需要進(jìn)一步的高溫固相化學(xué)反應(yīng)使其轉(zhuǎn)化為鈦酸鋰。此外，從鋰源選擇上，考察了碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰等不同化合物，研究其在懸濁液或溶液狀態(tài)下，在噴霧干燥過程中的干燥速率及與鈦源的相分離趨勢，從而確定了最佳鋰源。漿料制備工藝的研究重點是：固含量、分散劑種類、添加劑種類與濃度、混料與分散過程工藝（高速剪切力機(jī)械攪拌、機(jī)械球磨、超聲分散等）、粘度調(diào)節(jié)等。此外，用于進(jìn)料的前軀體漿料得配制技術(shù)對噴霧干燥過程及得到的產(chǎn)物質(zhì)量也有著至關(guān)重要的影響。首先在之前的實驗室階段，已確定最佳噴霧干燥機(jī)類型，通過參數(shù)比選確定氣流式、離心式、壓力式中的一種或多種合適的噴霧干燥機(jī)，并結(jié)合流化床系統(tǒng)進(jìn)一步降低產(chǎn)品顆粒中的含水率。具體如下： （1）開發(fā)微米球造粒工藝并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。然而，從根本上提高材料電子傳導(dǎo)性能的體相摻雜，以及面向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需求的結(jié)構(gòu)形貌控制、加工性能的改進(jìn)等，近年來才逐漸被人們所意識到，而這也正是本項目的研究重點。國內(nèi)高校與科研院所近年來在鈦酸鋰材料的科研工作也逐漸活躍起來，其中以清華大學(xué)、中科院上海硅酸鹽所、天津大學(xué)化工學(xué)院、復(fù)旦大學(xué)等研究較為集中，成果較多。 在2007年初 CES 展覽中，Toshiba也展示了可快速充電的筆記型電腦。此外，SCiB能在 5 分鐘內(nèi)快速充電達(dá) 90% ，研發(fā)目的主要為供應(yīng)工業(yè)使用，如機(jī)車、電動車及叉架起貨機(jī)等機(jī)具。然而，過大的比表面使得材料的密度較低，電極涂布加工工藝復(fù)雜，增加了后續(xù)電池制造的成本。位于美國內(nèi)華達(dá)州的Reno市的Altair Nano公司于2003年公布了鈦酸鋰納米晶體制備工藝的專利。由于采用濕法工藝合成，雖然材料組成均勻、性能優(yōu)異，但生產(chǎn)成本較高。 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究、開發(fā)現(xiàn)狀的介紹、分析： 由于鈦酸鋰優(yōu)異的電化學(xué)性能，許多研究者和公司致力于將其工業(yè)化。本項目組結(jié)合噴霧干燥技術(shù)及砂磨技術(shù)。該工藝的缺點是：需要根據(jù)不同前軀體制備合適的漿料，因漿料特性對產(chǎn)物顆粒質(zhì)量影響很大；此外，需要進(jìn)行一系列實驗來確定噴霧干燥機(jī)的各種操作參數(shù)，特別是在中試放大試驗中。在蒸發(fā)過程中，液滴由于表面張力作用收縮成球體，待溶劑干燥后，形成固體微球。漿料經(jīng)機(jī)械泵輸送至噴嘴（或離心盤），在高速氣流的沖擊下霧化成幾十至幾百微米的液滴，并在熱空氣吹動下在干燥室內(nèi)運動。（3） 噴霧干燥法 噴霧干燥技術(shù)已有近百年發(fā)展歷史，目前在制藥、生物、食品加工、染料合成、水泥制備、陶瓷等氧化物生產(chǎn)上已經(jīng)獲得了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。該工藝的優(yōu)點是：得到的二氧化鈦球形度極好，且呈單分散，粒徑分布小。一般情況下，經(jīng)歷一個溶膠凝膠過程：鈦酸酯首先溶解于丁醇或異丙醇中，并加入羥丙基纖維素等作為空間位阻劑，控制二氧化鈦顆粒的生長速度與表面形貌。此外，制備單位質(zhì)量的鈦酸鋰消耗的煤油量過多，經(jīng)濟(jì)性有待進(jìn)一步提高。該工藝的優(yōu)點是：產(chǎn)品球形度好，堆積密度大，尺寸分布較均勻。 項目創(chuàng)新內(nèi)容包括針對微米二次粒子的組裝技術(shù)，行業(yè)現(xiàn)有技術(shù)方案如下：（1） 微乳液法（Water/Oil） 微乳液法制備球形納米顆粒是近年來發(fā)展起來的微米級別顆粒的合