微宏动力宋寒：浅析LpT锂电池应用前景

近年来，具有节省燃料消耗和减少二氧化碳排放优势的混合动力电动汽车（HEV）数量不断增加，并已从乘用车批量应用到公共交通。

丰田普锐斯混合动力汽车于1997年问世，目前已在全球售出287万辆。混合动力公交车也在伦敦和巴塞罗那等欧洲城市运营。在国内公共交通领域，示范城市的混合动力公交车数量已占“十城千车工程”示范车辆总数的85%以上。

混合动力电动汽车可以使用较小排量的发动机，在车辆怠速时关闭发动机，并使用电池或电容器作为储能单元来回收制动能量，从而更有效地提高燃油经济性。与纯电动汽车相比，电机功率更小，可以降低车载动力电池组的容量，使续航里程更长。插电式混合动力汽车（PHEV）使用了大电池组，这使得纯电动汽车的续航里程更长，也更节能。它也是《国家节能与新能源产业规划（2012-2020）》中提到的与纯电动汽车并列的发展目标。

在混合动力技术的发展中，随着储能系统要求的不断提高，储能单元也经历了从铅酸电池、镍氢电池、超级电容器到锂离子电池的跨越。目前，大多数混合动力汽车，特别是插电式混合动力汽车都使用锂离子电池作为储能系统，超级电容器也广泛应用于混合动力公交车领域。

1.混合动力汽车和插电式混合动力汽车对储能系统的要求。

动力电池是混合动力电动汽车的基本储能单元，其性能直接影响驱动电机的性能，从而影响整车的性能。动力电池在混合动力汽车中的使用与纯电动汽车不同，而且它往往处于非周期性的充放电循环中，电池组的容量通常较小，因此电池需要具有高的充放电速率和效率，以及高的比功率密度（W/kg）。此外，混合动力电动汽车需要频繁地对电池进行充放电，因此充放电次数更多，这也对大充放电率下的循环寿命提出了更高的要求。对于插电式混合动力电动汽车，由于纯电动驾驶条件和混合动力驾驶条件，对电池的比能量密度（Wh/Kg）和比功率密度都有要求。

2.常见储能单元的比较

镍氢电池早期被用作国内混合动力公交车的储能单元，但在高温放电效率、“记忆效应”、循环寿命、热管理和电池管理等方面存在一些问题。理论上，超级电容器具有长的充放电循环寿命，可以快速充电并提供高放电电流，但其缺点是能量密度低。混合动力公交车在山区城市或在频繁启动和加速的工作条件下经常出现电量不足的情况，影响车辆的动力性和燃油经济性。锂离子电池具有比镍氢电池更高的电压平台、能量密度、功率密度和更长的循环寿命，并且比超级电容器具有更高的能量密度和性价比。然而，由于混合动力的恶劣工作条件，锂离子电池系统的寿命和极端情况下的安全问题都面临着挑战。

3.3.LpTO锂离子电池的特点及应用前景

用于电池开发的钛酸锂（LTO）材料始于20世纪90年代。作为一种负极材料，它比碳负极具有很大的优势，近年来备受关注。LTO是一种零应变材料。当嵌入和提取锂离子时，晶格常数和体积变化非常小，循环性能优异。LTO材料不与电解质反应，不形成SEI膜，并且LTO的电势高于锂金属的电势，因此不容易析出锂枝晶，并且它比石墨负极锂离子电池具有更高的安全性能。

LpTO电池与其他混合动力电动汽车储能单元的主要性能参数比较（表1）；

镍氢电池

超级电容器

磷酸铁锂电池

LpTO电池

电压平台（v）

一点二

二点五

三点二

二点三

单体重量能量密度（Wh/Kg）

45

六

九十

75

单体体积能量密度（Wh/L）

一百四十

十

二百

一百四十

峰值比功率密度（W/Kg）

八百

二万

一千八百

二千三百

单体循环寿命

六百

五十万

二千

25000天

高低温性能

贫穷

好的

常见的

好的

安全性能

常见的

好的

常见的

好的

资料来源：国内知名制造商混合动力镍氢电池数据、韩国知名制造商混合超级电容器和国内知名制造商数据。

混合动力磷酸铁锂电池的数据，6C充电/6C放电，100%DOD，室温下循环至80%。

宏微功率对现有LTO材料进行了改性，同时对阴极材料、隔膜和电解质进行了改质和开发。经过系统集成，开发出了一种更安全、循环寿命更长的LpTO电池。LpTO电池技术在混合动力汽车和插电式混合动力汽车领域的应用具有以下优点：在高倍率充放电条件下循环寿命长，可使用与车辆相同的寿命；功率密度高，同时满足混合动力和插电式混合动力对电池组能量密度的要求；更安全的阳极材料使整个电池组更安全；能够经济地满足车辆动力需求和能量回收的各种复杂工况；

系统成本也较低。

与磷酸铁锂电池相比，LpTO电池在高倍率充放电条件下具有十倍的循环寿命、更高的低温充放电效率和更高的安全性能。长的循环寿命使电池组具有与车辆相同的寿命，并降低了车辆的后期维护成本。与超级电容器相比，LpTO电池的能量密度超过十倍，可以避免在山区电能容易耗尽和频繁启动加速的情况，同时相对较低的成本也增加了其竞争力。

目前，LpTO电池已批量应用于插电式混合动力公交车。表2列出了一辆配备LpTO电池的12米插电式混合动力公交车的基本参数。这款车可以通过受电弓从车顶充电，利用电池快速充电的特点，在站点之间充电，充分利用纯电动模式，达到高燃油经济性的目的。

带LpTO电池组的插电式混合动力公交车的基本参数（表2）：

车辆长度

12米

混合动力形式

并行插件类型

发动机

压缩天然气发动机，170千瓦

电机

94千瓦永磁同步电动机

电池

20千瓦时LpTO电池组，334V 60Ah。

混合动力汽车和插电式混合动力汽车由于初始投资和油耗较低，越来越受到市场的青睐。随着电池技术的不断进步，新型LpTO电池有望具有与车辆相同的寿命，同时考虑到锂离子电池和超级电容器的优势，这可以弥补现有锂离子电池系统在使用寿命和安全性方面的不足，同时具有比超级电容器更高的能量密度和性价比，是混合动力汽车和插电式混合动力汽车的更好选择。

LpTO电池组已经通过了重庆长期严冬酷暑的严峻考验。快速充电纯电动公交车单车累计里程超过60000公里，循环次数超过2500次。它在插电式混合动力公交车上的大规模应用也开始了。

本文作者是伟宏电力系统（有限公司营销经理。

（编辑/李燕郊）近年来，具有节省油耗和减少二氧化碳排放优势的混合动力电动汽车（HEV）数量不断增加，并已从乘用车批量应用到公共交通。

丰田普锐斯混合动力汽车于1997年问世，目前已在全球售出287万辆。混合动力公交车也在伦敦和巴塞罗那等欧洲城市运营。在国内公共交通领域，示范城市的混合动力公交车数量已占“十城千车工程”示范车辆总数的85%以上。

混合动力电动汽车可以使用较小排量的发动机，在车辆怠速时关闭发动机，并使用电池或电容器作为储能单元来回收制动能量，从而更有效地提高燃油经济性。与纯电动汽车相比，电机功率更小，可以降低车载动力电池组的容量，使续航里程更长。插电式混合动力汽车（PHEV）使用了大电池组，这使得纯电动汽车的续航里程更长，也更节能。它也是《国家节能与新能源产业规划（2012-2020）》中提到的与纯电动汽车并列的发展目标。

在混合动力技术的发展中，随着储能系统要求的不断提高，储能单元也经历了从铅酸电池、镍氢电池、超级电容器到锂离子电池的跨越。目前，大多数混合动力汽车，特别是插电式混合动力汽车都使用锂离子电池作为储能系统，超级电容器也广泛应用于混合动力公交车领域。

1.混合动力汽车和插电式混合动力汽车对储能系统的要求。

动力电池是混合动力电动汽车的基本储能单元，其性能直接影响驱动电机的性能，从而影响整车的性能。动力电池在混合动力汽车中的使用与纯电动汽车不同，通常处于非周期性的充放电循环中，电池组的容量通常较小，因此电池需要具有较高的充放电容量……

以及高的比功率密度（W/kg）。此外，混合动力电动汽车需要频繁地对电池进行充放电，因此充放电次数更多，这也对大充放电率下的循环寿命提出了更高的要求。对于插电式混合动力电动汽车，由于纯电动驾驶条件和混合动力驾驶条件，对电池的比能量密度（Wh/Kg）和比功率密度都有要求。

2.常见储能单元的比较

镍氢电池早期被用作国内混合动力公交车的储能单元，但在高温放电效率、“记忆效应”、循环寿命、热管理和电池管理等方面存在一些问题。理论上，超级电容器具有长的充放电循环寿命，可以快速充电并提供高放电电流，但其缺点是能量密度低。混合动力公交车在山区城市或在频繁启动和加速的工作条件下经常出现电量不足的情况，影响车辆的动力性和燃油经济性。锂离子电池具有比镍氢电池更高的电压平台、能量密度、功率密度和更长的循环寿命，并且比超级电容器具有更高的能量密度和性价比。然而，由于混合动力的恶劣工作条件，锂离子电池系统的寿命和极端情况下的安全问题都面临着挑战。

3.3.LpTO锂离子电池的特点及应用前景

用于电池开发的钛酸锂（LTO）材料始于20世纪90年代。作为一种负极材料，它比碳负极具有很大的优势，近年来备受关注。LTO是一种零应变材料。当嵌入和提取锂离子时，晶格常数和体积变化非常小，循环性能优异。LTO材料不与电解质反应，不形成SEI膜，并且LTO的电势高于锂金属的电势，因此不容易析出锂枝晶，并且它比石墨负极锂离子电池具有更高的安全性能。

LpTO电池与其他混合动力电动汽车储能单元的主要性能参数比较（表1）；

镍氢电池

超级电容器

磷酸铁锂电池

LpTO电池

电压平台（v）

一点二

二点五

三点二

二点三

单体重量能量密度（Wh/Kg）

45

六

九十

75

单体体积能量密度（Wh/L）

一百四十

十

二百

一百四十

峰值比功率密度（W/Kg）

八百

二万

一千八百

二千三百

单体循环寿命

六百

五十万

二千

25000天

高低温性能

贫穷

好的

常见的

好的

安全性能

常见的

好的

常见的

好的

资料来源：国内知名制造商混合动力镍氢电池数据、韩国知名制造商混合超级电容器和国内知名制造商数据。

混合动力磷酸铁锂电池的数据，6C充电/6C放电，100%DOD，室温下循环至80%。

宏微功率对现有LTO材料进行了改性，同时对阴极材料、隔膜和电解质进行了改质和开发。经过系统集成，开发出了一种更安全、循环寿命更长的LpTO电池。LpTO电池技术在混合动力汽车和插电式混合动力汽车领域的应用具有以下优点：在高倍率充放电条件下循环寿命长，可使用与车辆相同的寿命；功率密度高，同时满足混合动力和插电式混合动力对电池组能量密度的要求；更安全的阳极材料使整个电池组更安全；能够经济地满足车辆动力需求和能量回收的各种复杂工况；

系统成本也较低。

与磷酸铁锂电池相比，LpTO电池在高倍率充放电条件下具有十倍的循环寿命、更高的低温充放电效率和更高的安全性能。长的循环寿命使电池组具有与车辆相同的寿命，并降低了车辆的后期维护成本。与超级电容器相比，LpTO电池的能量密度超过十倍，可以避免在山区电能容易耗尽和频繁启动加速的情况，同时相对较低的成本也增加了其竞争力。

目前，LpTO电池已批量应用于插电式混合动力公交车。表2列出了一辆配备LpTO电池的12米插电式混合动力公交车的基本参数。这款车可以通过受电弓从车顶充电，利用电池快速充电的特点，在站点之间充电，充分利用纯电动模式，达到高燃油经济性的目的。

带LpTO电池组的插电式混合动力公交车的基本参数（表2）：

车辆长度

12米

混合动力形式

并行插件类型

发动机

压缩天然气发动机，170千瓦

电机

94千瓦永磁同步电动机

电池

20千瓦时LpTO电池组，334V 60Ah。

混合动力汽车和插电式混合动力汽车由于初始投资和油耗较低，越来越受到市场的青睐。随着电池技术的不断进步，新型LpTO电池有望具有与车辆相同的寿命，同时考虑到锂离子电池和超级电容器的优势，这可以弥补现有锂离子电池系统在使用寿命和安全性方面的不足，同时具有比超级电容器更高的能量密度和性价比，是混合动力汽车和插电式混合动力汽车的更好选择。

LpTO电池组已经通过了重庆长期严冬酷暑的严峻考验。快速充电纯电动公交车单车累计里程超过60000公里，循环次数超过2500次。它在插电式混合动力公交车上的大规模应用也开始了。

本文作者是伟宏电力系统（有限公司营销经理。

（编辑/李燕郊）

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