利用鈦酸鋰做鋰電池負(fù)極優(yōu)點(diǎn)有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-30 13:24
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首先，更高的安全性。鈦酸鋰獨(dú)特的物理性能使其具備傳統(tǒng)鋰離子電池所不具備的高安全特性。鈦酸鋰與電解液中溶劑間的反應(yīng)活性較低，在表面基本不生成SEI絕緣鈍化膜，這大大改善了鋰電池的化學(xué)穩(wěn)定性和安全性能。在較高的溫度環(huán)境下，鈦酸鋰能夠吸收正極分解所產(chǎn)生的氧氣，降低了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，提高了鋰電池的安全性能。同時(shí)鈦酸鋰負(fù)極從根本上消除了金屬鋰在負(fù)極上枝晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，大大降低了鋰電池內(nèi)部發(fā)生短路的風(fēng)險(xiǎn)。其次，鈦酸鋰負(fù)極鋰電池壽命長。由于鈦酸鋰負(fù)極材料本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且在充放電過程中保持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這使鋰電池的循環(huán)壽命極大地提高，循環(huán)次數(shù)可達(dá)25 000次以上。再次，寬范圍的工作溫度范圍和可快速充放電。鈦酸鋰電池有著傳統(tǒng)鋰離子電池所不具備的優(yōu)異高低溫性能和快速充放電功能。由于鈦酸鋰負(fù)極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在低溫環(huán)境下各項(xiàng)電化學(xué)性能指標(biāo)仍能保持常溫時(shí)的狀態(tài)，這使鈦酸鋰電池具備在-50℃～60℃很寬的高低溫范圍內(nèi)完全充放電的電化學(xué)表現(xiàn)。而目前以石墨為負(fù)極的鋰離子電池可以在-40℃左右放電(放電量較低)，但卻無法在-10℃及更低溫度下實(shí)現(xiàn)常規(guī)電流的充電。
特別是鈦酸鋰電池與目前純電動(dòng)客車上應(yīng)用比例最高的磷酸鐵鋰電池相比，優(yōu)勢(shì)仍然突出。除了能量密度比磷酸鐵鋰電池略低以外，在安全性、使用壽命、充電時(shí)間、工作溫度范圍等方面，鈦酸鋰電池都完勝。比如，磷酸鐵鋰電池在加熱到160℃時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸，因?yàn)橛蠸EI絕緣膜，不僅影響首次充放電效率，初次循環(huán)容量損失超過10%，而且高于45℃時(shí)易分解，高溫時(shí)循環(huán)壽命衰減很快。此外，快充對(duì)循環(huán)壽命影響較大，壽命為5～8年。但鈦酸鋰電池?zé)oSEI絕緣膜，初次循環(huán)無容量損失，且快充對(duì)循環(huán)壽命影響較小，僅需6min，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，循環(huán)使用壽命可長達(dá)10a。
中間相炭微球(MCMB)微觀結(jié)構(gòu)為球形片層顆粒，具有各項(xiàng)同性， 主要是對(duì)煤焦油進(jìn)行特殊處理后獲得的中間相小球體,它經(jīng)2 800℃以上高溫石墨化處理得到中間相炭微球負(fù)極材料。中間相炭微球負(fù)極在鋰電池中具有電極壓實(shí)密度高及可大電流快速充放電的性能優(yōu)勢(shì);但中間相炭微球生產(chǎn)制造成本較高，容量偏低，容量在320～350mAh/g之間，這限制了其使用范圍。
軟碳，在高溫條件(>2 500℃)下處理可以石墨化結(jié)構(gòu)的無定形碳。軟碳材料的突出優(yōu)點(diǎn)是可逆比容量高，一般大于300 mAh/g，與有機(jī)溶劑相容性較好，因此鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性好，較適合大電流密度的鋰電池充放電。軟碳是指在2 500℃以上的高溫下能石墨化的無定型碳。軟碳的結(jié)晶度(即石墨化度)低、與電解液的相容性好。常見的軟碳有石油焦、針狀焦、碳微球等。軟碳負(fù)極材料內(nèi)部具有大量的亂層結(jié)構(gòu)及異質(zhì)原子, 其容量一般在250～320 mAh/g, 并且其電壓滯后性大，首次充放電效率低，并且容量衰減較快，因此難以獲得實(shí)際應(yīng)用。
碳納米管(CNT)(見圖3)是一種具有較完整石墨化結(jié)構(gòu)的特殊碳材料，其自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和高的導(dǎo)熱系數(shù)。因其結(jié)構(gòu)特殊，導(dǎo)致負(fù)極在脫嵌鋰時(shí)深度小、行程短、速度快，并且在大倍率大電流充放電時(shí)極化作用較小，可對(duì)提高鋰電池電池的大倍率快速充放電性能很有幫助。然而，碳納米管單獨(dú)直接用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，會(huì)存在鋰電池不可逆容量高、首次充放電庫倫效率低、充放電平臺(tái)不明顯及電壓滯后嚴(yán)重等突出問題。將碳納米管直接做負(fù)極材料，有數(shù)據(jù)表明其首次放電容量1 500～1 700mAh/g，但是可逆容量僅為400mAh/g，隨著鋰電池進(jìn)一步進(jìn)行充放電循環(huán)，可逆容量更低，衰減速度更快。這就導(dǎo)致了其在鋰電池中的進(jìn)一步應(yīng)用。
