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鈦酸鋰電池的特性


鈦酸鋰(LTO)材料在電池中作為負極材料使用,由于其自身特性的原因,材料與電解液之間容易發生相互作用并在充放循環反應過程中產生氣體析出,因此普通的鈦酸鋰電池容易發生脹氣,導致電芯鼓包,電性能也會大幅下降,極大地降低了鈦酸鋰電池的理論循環壽命。測試數據表明,普通的鈦酸鋰電池在經過1500-2000次左右的循環就會發生脹氣的現象,導致無法正常使用,這也是制約鈦酸鋰電池大規模應用的一個重要原因。

鈦酸鋰(LTO)電池性能改進是單個材料的性能的提升以及各關鍵材料的有機整合的綜合體現。針對快速充電與長使用壽命的要求,除負極材料以外,還要針對鋰離子電池的其他關鍵原材料(包括正極材料、隔膜、以及電解液),同時結合特殊的工程化工藝經驗,最終形成了“不脹氣”的鈦酸鋰LpTO電池產品,并首先實現了在電動公交客車上的批量應用。

測試數據表明,在6C充電,6C放電,100%DOD的條件下,鈦酸鋰LpTO單體電池的循環壽命超過25000次,剩余容量超過80%,同時電芯產生的脹氣現象不明顯,不影響其壽命;而重慶快速充電純電動公交的實際應用情況也表明,在電池成組以后,電性能的表現也相當優異,可以保證純電動公交客車的日常商業化運營。

優點

采用電動車輛取代燃油車輛是解決城市環境污染的最佳選擇,其中鋰離子動力電池引起了研究者的廣泛關注為了滿足電動車輛對車載型離子動力電池的要求,研制安全性高、倍率性能好且長壽命的負極材料是其熱點和難點。

商業化的鋰離子電池負極主要采用碳材料,但以碳做負極的鋰電池在應用上仍存在一些弊端:

1、過充電時易析出鋰枝晶,造成電池短路,影響鋰電池的安全性能;

2、易形成SEI膜而導致首次充放電效率較低,不可逆容量較大;

3、即碳材料的平臺電壓較低(接近于金屬鋰),并且容易引起電解液的分解,從而帶來安全隱患。

4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大,循環穩定性差。

與碳材料相比,尖晶石型的Li4Ti5O12具有明顯的優勢:

1、它為零應變材料,循環性能好;

2、放電電壓平穩,而且電解液不致發生分解,提高鋰電池安全性能;

3、與炭負極材料相比,鈦酸鋰具有高的鋰離子擴散系數(為2 *10-8cm2/s),可高倍率充放電等。

4、鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高,不易產生鋰枝晶,為保障鋰電池的安全提供了基礎。

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