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钛酸锂电池是什么,钛酸锂电池材料是什么,有什么优点以及未来的发展趋势是如何!
钛酸锂电池是什么,钛酸锂电池材料是什么,有什么优点以及未来的发展趋势是如何!
  • 发布时间:2020-02-14 16:35

钛酸锂电池是什么,钛酸锂电池材料是什么,有什么优点以及未来的发展趋势是如何!

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钛酸锂电池是一种用作锂离子电池负极材料-钛酸锂,可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。此外,它还可以用作正极,与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。
 
可以预见:钛酸锂材料在2-3年后,一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。钛酸锂电池工作电压2.4V,最高电压3.0V,充电电流大于2C(即电池容量值的2倍的电流)。
 
正极:磷酸铁锂、锰酸锂或三元材料、镍锰酸锂。
负极:钛酸锂材料。
隔膜:以碳作负极的锂电池隔膜。
电解液:以碳作负极的锂电池电解液。
电池壳:以碳作负极的锂电池壳。
 
钛酸锂(LTO)材料在电池中作为负极材料使用,由于其自身特性的原因,材料与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出,因此普通的钛酸锂电池容易发生胀气,导致电芯鼓包,电性能也会大幅下降,极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。测试数据表明,普通的钛酸锂电池在经过1 500-2 000次左右的循环就会发生胀气的现象,导致无法正常使用,这也是制约钛酸锂电池大规模应用的一个重要原因。
 
钛酸锂(LTO)电池性能改进是单个材料的性能的提升以及各关键材料的有机整合的综合体现。针对快速充电与长使用寿命的要求,除负极材料以外,还要针对锂离子电池的其他关键原材料(包括正极材料、隔膜、以及电解液),同时结合特殊的工程化工艺经验,最终形成了“不胀气”的钛酸锂LpTO电池产品,并首先实现了在电动公交客车上的批量应用。
 
测试数据表明,在6C充电,6C放电,100%DOD的条件下,钛酸锂LpTO单体电池的循环寿命超过25 000次,剩余容量超过80%,同时电芯产生的胀气现象不明显,不影响其寿命;而重庆快速充电纯电动公交的实际应用情况也表明,在电池成组以后,电性能的表现也相当优异,可以保证纯电动公交客车的日常商业化运营。
 
优点
采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择,其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关注.为了满足电动车辆对车载型离子动力电池的要求,研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点。
 
商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料,但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端:
1、过充电时易析出锂枝晶,造成电池短路,影响锂电池的安全性能;
2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低,不可逆容量较大;
3、即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂),并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。
4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大,循环稳定性差。
 
与碳材料相比,尖晶石型的Li4Ti5O12具有明显的优势:
1、它为零应变材料,循环性能好;
2、放电电压平稳,而且电解液不致发生分解,提高锂电池安全性能;
3、与炭负极材料相比,钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s),可高倍率充放电等。
4、钛酸锂的电势比纯金属锂的高,不易产生锂枝晶,为保障锂电池的安全提供了基础。
 
缺点
1、相对其他类型的锂离子动力电池能量密度会低一些。
2、胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用。
3、相对其他类型的锂离子动力电池价格偏高。
4、电池一致性仍存在差异,随着充放电次数的增加电池一致性差异会逐渐增大。
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