摘得中国专利金奖，董明珠押宝的钛酸锂电池即将咸鱼翻身？

在三元锂电池和磷酸铁锂电池高歌猛进的当下，格力电器董事长董明珠一直力挺的小众非主流钛酸锂电池似乎看到了希望的曙光。
近日，国家知识产权局发布了第二十三届中国专利奖系列奖项，格力电器旗下的格力钛能源股份有限公司（以下简称“格力钛”）的专利《一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池》（ZL201711145359．8）获得金奖，成为目前新能源行业唯一获得中国专利奖金奖的锂电池产品专利。
据介绍，该专利技术，通过格力钛自主研发的介孔微球钛酸锂材料自晶化构建技术，形成纳米颗粒构筑10nm介孔的独特中空微球形貌，所制备的钛酸锂材料倍率性能突出，进一步适宜大倍率工况，大幅度提升电池安全性能。
获奖消息一出，业内反应不一。不少业内人士在接受记者采访时称，钛酸锂（Li4Ti5O12）材料由于能量密度过低，不太适合动力电池，该技术路线已经被新能源车领域淘汰。但也有业内人士称，每一种体系的电池，都会有其合适的应用场景，关键看市场需求和企业定位。
钛酸锂电池并非一门新技术。早在20世纪90年代后期，钛酸锂作为锂离子电池的负极材料，因多项优异性能而受到重视。钛酸锂稳定的三维晶体结构，在电池充放电过程中材料结构几乎不发生变化，被称为“零应变材料”。
2010年9月，格力钛的前身，银隆新能源股份有限公司与美国奥钛纳米技术有限公司签订收购协议，并在次年7月战略控股该公司。在此之后，银隆新能源选择钛酸锂电池为技术路线，并在官方网站将钛酸锂电池视为核心优势。
据业内人士介绍，钛酸锂电池的优点确实很多。首先是电池循环性能好；其次，电池安全性能高，这是由于钛酸锂放电电压稳定，电解液不分解，且钛酸锂电位高于纯金属锂，较难产生锂枝晶，材料本身热分解温度高。再次，与碳负极材料相比，钛酸锂具有较高的锂离子扩散系数，可以高倍率充放电。此外，电池材料结构稳定，寿命长，适应温度范围大，低温性能特别好，可在零下40度的环境中使用。
不过，钛酸锂电池的缺点也十分明显。与其他类型的锂离子电池相比，能量密度会更低。据了解，钛酸锂作为负极使用，比容量仅为160-170mAh/g（毫安时/克），而主流的传统石墨则在310-370mAh/g。格力电器早前披露的交易报告书显示，钛酸锂电池能量密度在58wh/kg-91wh/kg之间，这与磷酸铁锂电池及三元锂电池之间差距不小。
此外，钛酸锂电池在使用过程中会持续胀气，影响循环寿命，而其最致命的缺点是贵，由于其材料采用二氧化钛和石墨，这会导致电池的价格比一般的磷酸铁锂电池贵3倍以上。
澎湃新闻记者了解到，目前，国内头部动力电池企业大多放弃了钛酸锂电池技术路线。据合肥国轩高科动力能源有限公司某内部人士介绍，国轩高科材料研究院从2010年就开始研发钛酸锂材料，至今在公司的庐江材料基地，仍有少量的钛酸锂产出对外销售。“但是由于钛酸锂能量密度偏低，其应用场景不太适用于动力电池，所以国轩高科没有生产钛酸锂电池。”该人士对澎湃新闻记者说。
另一位动力电池头部企业的人士则对澎湃新闻记者表示，钛酸锂电池不算先进技术。“现在你问我们，还做钛酸锂电池吗？就好比你问华为，你做2G手机吗？”该人士说。
据了解，日本东芝株式会社的钛酸锂电池“东芝SCiB ™ ”2007年问世，2011年就用于量产乘用车，但反响平平。主要原因就是受困能量密度，续航能力跟不上，车主总有里程焦虑，市场不认可。而澎湃新闻记者在查阅相关专利网站时，关键词检索“钛酸锂”发现，2018年前，国内钛酸锂的专利呈上升趋势，在2018年之后，授权专利的数量迅速下降。而格力钛入选金奖的专利于2017年申请，刚好在钛酸锂研究最为火热的时期，专利于2020年获得授权，次年申报中国专利奖，最终在今年入选金奖。
“董小姐花重金买了个旧技术。”国内某动力电池头部企业内部人士对澎湃新闻记者说。
据了解，格力钛的前身银隆新能源股份有限公司，总部设在珠海，是一家综合性新能源产业集团。其业务范围包括锂电池材料、锂电池、模组/PACK动力总成、新能源整车、储能系统设备到动力电池梯次利用、回收。
2016年，格力电器曾宣布拟以发行股份的方式收购银隆新能源100%股权，但这一议案在股东大会上被否决。不久之后，董明珠以自然人股东身份投资银隆新能源，成为后者的第二大股东，持股比例为17.46%。
2021年8月31日，格力电器再次公告称，格力电器通过参与司法拍卖公开竞拍方式竞得银隆新能源30.47%股权。与此同时，董明珠也将其持有的银隆新能源17.46%股权对应的表决权委托格力电器行使。
上述交易完成后，格力电器合计控制银隆新能源47.93%的表决权，使后者成为上市公司的控股子公司，最终成交价格为18.28亿元。此前，董明珠曾在多个场合力挺钛酸锂电池路线，其表示，钛酸锂电池是最符合国内公交出行的技术路线。
“公交车首先要保证安全。同时，钛酸锂电池尽管能量密度相对较低，但充电快，回到总站充电三五分钟就够用。”董明珠称，针对特定距离作出合理充电设计，就可以保证日常使用，从而拓展钛酸锂电池的使用场景，例如可以用在重卡、物流车、冷藏车等上面。 “一般锂电池公交车充满电需要3个小时左右，而应用银隆钛酸锂电池的公交车则可在10－15分钟内快速充满电。钛酸锂电池可大大提高车辆的运营效率，降低综合成本。”董明珠说。
然而，在三元材料及磷酸铁锂电池的夹击下，钛酸锂电池在国内交通领域的空间目前所剩无几。根据中国汽车动力电池产业创新联盟发布的2022年6月份动力电池月度数据，2022年1月—6月，国内三元锂电池及磷酸铁锂电池的累计装车量分别为45.6GWh、64.4GWh，分别占总装车量的41.4%、58.5%，相比之下，2022年1—6月钛酸锂电池的装车量仅为59.9MWh。
据了解，截至目前，格力钛的钛酸锂也有一些零星的出口案例。例如，瑞士AGV装备制造企业就购买了格力钛的钛酸锂电池，用于AGV智能小车。AGV设备以镍镉蓄电池、锂电池、铅酸电池为主要动力来源，镍镉蓄电池充电需要1小时以上，传统锂电、铅酸电池充电需要5－8小时，而格力钛酸锂电池只需要8－15分钟即可充满。3万次的循环寿命让AGV智能小车在生命周期内无需更换电池，而镍镉蓄电池、铅酸电池的充放电循环次数只有500－1200次。
阿联酋则购买了格力钛酸锂电池用于电动巴士。阿联酋首都阿布扎比是典型的沙漠气候，年降雨量极少，平均气温在25℃以上，夏季的气温更是高达50℃。钛酸锂电池放在这种常年高温的地区，安全隐患较小。
此次拿到金奖的钛酸锂电池专利，是否会让格力钛重新获得翻身的机会？
据了解，从获奖理由上看，该专利本质上提升电池的安全性能，同时突破大倍率充放电与长循环寿命不可兼顾的技术瓶颈。格力钛公司介绍， 经国家级权威检测机构检测，应用该专利技术制备的格力钛酸锂电池经过尖针穿刺、电钻冲孔、利锯切割等破坏性测试，均未见冒烟、起火、燃烧、爆炸等现象。
针对传统锂离子电池存在大倍率充放电与长循环寿命不可兼顾的问题，该专利的高导电率钛酸锂复合材料，不仅可实现动力电池6分钟充满电，倍率循环寿命更是传统锂离子电池的6至8倍，在100％放电深度（DOD）下使用4C速率充放电的条件下，循环寿命超过1．6万次。
“每一种体系的电池，都会有其最合适的应用场景，关键看市场需求和企业定位。”国轩高科的某相关人士对澎湃新闻记者说。在不少业内人士看来，储能或许会成为钛酸锂电池厂商们的新选择。
日前，国家能源局综合司发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）中提到：中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池。
三元锂电池、钠硫电池被剔除中大型电化学储能的可选方案，是因为二者虽然具有较高的能量密度，但是实用安全性较差。其中，三元材料由于结构的不稳定性，容易发生热失控；钠硫电池则采用高温的熔融硫、金属钠，一旦陶瓷隔膜破裂极易发生爆炸。中国工程院院士陈清泉曾针对储能安全事故问题表示，储能产业始终要把电池的安全性放在第一位，经过多年的实践证明，格力钛的钛酸锂电池是目前锂电池领域安全性能最好的电池之一。
在这样的情况下，格力钛酸锂电池或许能够在储能领域获得突破口。据了解，按2021－2030年新增3％的风电配套储能计算，相比其它电化学储能，应用该金奖专利技术的格力钛调频储能系统，可减少3％风电功率浪费，提高清洁能源年均发电量约273．75GWh。
而放眼全球，格力钛的钛酸锂电池也并不孤单。今年年初，日本东芝株式会社推出“20Ah-HP电芯”电池，作为东芝钛酸锂电池“SCiB™”系列的新产品。东芝表示，该款电池兼具“大功率充放电”和“大容量”两种优点，产品的开发量产拓展了SCiB™电池的应用范围，除车载设备外，还有望在制造/物流系统、港口/建筑、船舶、城市交通、固定设备等领域得到广泛应用。
来源：华尔街见闻