钛酸锂电池因为什么不能被广泛应用

2020-09-03 15:15 ryder

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,但是还是没能普及应用,这是为什么呢?
 
 
钛酸锂电池也有优点:
钛酸锂电池具有体积小、重量轻、能量密度高、密封性能好、无泄露、无记忆效应、自放电率低、充放电迅速、循环寿命超长、工作环境温度范围宽、安全稳定绿色环保等特点。
 
1、钛酸锂作为负极材料时电位平台高达1.55V,比传统石墨负极材料高出1V还多,虽然损失了一些能量密度,但也意味着电池更加安全。
 
2、由于钛酸锂电池在高温、低温环境中均可以达到安全使用,也体现出其耐宽温(尤其耐低温)的重要优势。目前,银隆钛酸锂电池的安全工作温度区域在-50度到65度之间,而普通石墨类负极电池在温度低于-20度时能量就开始衰减,-30度时充电容量仅为充电总容量的14%,在严寒天气下根本无法正常工作。
 
3、钛酸锂的最后一个优势是快速充放电能力强,充电倍率高。目前银隆钛酸锂电池的充电倍率有10C、甚至20C,而普通石墨负极材料的电池充电倍率仅有2C-4C。


虽然钛酸锂电池有极佳的安全性能使得对钛酸锂离子电池的研究成为热点,但是Li,Tis0:材料本身的较低的电子电导率(10-13S/cm)和锂离子扩散系数(10-10~10-13cm2/S)极大地限制了在大倍率充放下的应用。将Li,TiO的颗粒尺寸纳米化以后可以扩大有效的反应面积和减小扩散距离,从而显著的提升材料的倍率性能。但是材料颗粒纳米化的过程往往比较困难,需要较高的成本,目前难以实现大规模的工业生产。
 
并且钛酸锂电池在循环使用中会发生持续产气,导致电池包鼓胀,高温时尤其严重,影响正负极的接触,增加电池阻抗,影响电池性能的发挥。这也是限制负极材料钛酸锂广泛应用到电池中的主要障碍之一。
 
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1500-2000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。

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