鈦酸鋰電池的優(yōu)勢是什么？它能替代鋰離子電池嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-15 23:03
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啟停電池對于電芯來說，它的基本要求就是電芯具有較高的倍率、較寬的溫度范圍和較長的循環(huán)壽命。目前市面上90%啟停電池都是被鉛酸電池所占據(jù)，但是鉛酸電池目前還存在一些問題，如環(huán)境不友好、低溫放電性能差、能量密度偏低、循環(huán)壽命差等。
作為鉛酸電池的替代者，鋰離子電池也面臨著一些挑戰(zhàn)，如高倍率充放電性能、安全性和成本問題。市面上鋰離子電池負極基本上是以石墨為主，然而石墨負極存在幾個問題，首先就是石墨的鋰離子擴散系數(shù)比較低，所以導致石墨負極鋰離子產(chǎn)品倍率性能不是特別理想;
二是循環(huán)壽命，石墨負極在脫嵌鋰的過程中會發(fā)生一定的體積膨脹，一般在10%左右，同時石墨負極在表面形成的SEI膜在充放電過程中是一個不斷消耗和修復的動態(tài)變化過程，所以說使用石墨負極的電池循環(huán)容量衰減問題還有待克服;
三是安全考慮，石墨負極脫嵌電位平臺在0.1～0.15V左右，很容易在低溫或高倍率下形成鋰析出，導致安全事故，另一點就是嵌鋰態(tài)石墨負極本身就是活性非常高的物質(zhì)，在電池發(fā)生熱失控的時候它本身具有很高的不安全因素。
作為石墨負極的一個替代品，鈦酸鋰負極有以下優(yōu)點，一是較高的鋰離子擴散系數(shù)，目前根據(jù)鈦酸鋰的不同合成方法可以做到鋰離子擴散系數(shù)10-7至10-9，從而保證了鈦酸鋰這個材料的高倍率性能;二是鈦酸鋰具有超長的循環(huán)壽命性以能，由于鈦酸鋰材料在脫嵌鋰的過程當中晶格的尺寸變化非常小，被譽為是零應變材料，所以循環(huán)壽命非常長;三是安全性方面，鈦酸鋰對鋰的脫嵌電位1.55V左右，在充放電和低溫下很難形成鋰枝晶，對鈦酸鋰本身來說也是比較穩(wěn)定的物質(zhì)，在安全方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。
超威創(chuàng)元在鈦酸鋰基啟停電池設(shè)計方面首先從材料體系進行選擇，在材料方面主要是選擇小粒徑的鈦酸鋰，通過合理的包覆和摻雜改性，以提高鈦酸鋰的鋰離子擴散系數(shù)和導電性為主要目的，并且解決它在電芯制成過程中的加工問題。
在電解液和多孔薄膜方面，我們也做了一定的優(yōu)選，選擇高孔隙率并具有高強度的隔膜，電解液綜合考慮了鋰離子在常溫和低溫下的傳導速率。
在啟停電池的測試方面，超威創(chuàng)元的企業(yè)標準是基于VDA標準和國標31484-6來建立的，在一些關(guān)鍵性的指標方面我們企業(yè)標準是嚴于VDA標準的，比如說低溫性能和循環(huán)壽命，安全測試上參照國標來進行。
作為鉛酸電池的替代者，鋰離子電池也面臨著一些挑戰(zhàn)，如高倍率充放電性能、安全性和成本問題。市面上鋰離子電池負極基本上是以石墨為主，然而石墨負極存在幾個問題，首先就是石墨的鋰離子擴散系數(shù)比較低，所以導致石墨負極鋰離子產(chǎn)品倍率性能不是特別理想;
二是循環(huán)壽命，石墨負極在脫嵌鋰的過程中會發(fā)生一定的體積膨脹，一般在10%左右，同時石墨負極在表面形成的SEI膜在充放電過程中是一個不斷消耗和修復的動態(tài)變化過程，所以說使用石墨負極的電池循環(huán)容量衰減問題還有待克服;
三是安全考慮，石墨負極脫嵌電位平臺在0.1～0.15V左右，很容易在低溫或高倍率下形成鋰析出，導致安全事故，另一點就是嵌鋰態(tài)石墨負極本身就是活性非常高的物質(zhì)，在電池發(fā)生熱失控的時候它本身具有很高的不安全因素。
作為石墨負極的一個替代品，鈦酸鋰負極有以下優(yōu)點，一是較高的鋰離子擴散系數(shù)，目前根據(jù)鈦酸鋰的不同合成方法可以做到鋰離子擴散系數(shù)10-7至10-9，從而保證了鈦酸鋰這個材料的高倍率性能;二是鈦酸鋰具有超長的循環(huán)壽命性以能，由于鈦酸鋰材料在脫嵌鋰的過程當中晶格的尺寸變化非常小，被譽為是零應變材料，所以循環(huán)壽命非常長;三是安全性方面，鈦酸鋰對鋰的脫嵌電位1.55V左右，在充放電和低溫下很難形成鋰枝晶，對鈦酸鋰本身來說也是比較穩(wěn)定的物質(zhì)，在安全方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。
超威創(chuàng)元在鈦酸鋰基啟停電池設(shè)計方面首先從材料體系進行選擇，在材料方面主要是選擇小粒徑的鈦酸鋰，通過合理的包覆和摻雜改性，以提高鈦酸鋰的鋰離子擴散系數(shù)和導電性為主要目的，并且解決它在電芯制成過程中的加工問題。
在電解液和多孔薄膜方面，我們也做了一定的優(yōu)選，選擇高孔隙率并具有高強度的隔膜，電解液綜合考慮了鋰離子在常溫和低溫下的傳導速率。
在啟停電池的測試方面，超威創(chuàng)元的企業(yè)標準是基于VDA標準和國標31484-6來建立的，在一些關(guān)鍵性的指標方面我們企業(yè)標準是嚴于VDA標準的，比如說低溫性能和循環(huán)壽命，安全測試上參照國標來進行。
