詳解鈦酸鋰電池的特性及其應用領域
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-02 20:01
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行業(yè)對電池的性能要求
（一）性能要求
電動車/儲能發(fā)展對電池的要求:成本、安全、壽命長、裝載電量多。電池的性能：成本低；倍率性能好、快充；安全可靠；長壽命。故：安全性與成本是關鍵！
1.研究背景---鋰離子電池材料體系：金屬離子Mn+在嵌入化合物LixMyXz中應有較高的氧化還原電位，能量密度高；嵌入化合物LixMyXz應能允許大量的鋰離子進行可逆嵌入和脫嵌；嵌入化合物應有較好的電子電導率和離子電導率；嵌入化合物在整個電壓范圍內(nèi)應化學穩(wěn)定性好；嵌入化合物應該便宜，對環(huán)境無污染，質量輕。
2.研究背景---結構特征
反復說到安全性，做到三維立體結構真的是安全的。在鋰硫電池實現(xiàn)，比如說電壓在0.8伏，穿刺再加3.1，這樣的結構是不會掉的，因為自身的保護比較強。實際上構成物質結構元素里面是有一個氧離子和一個硫離子，大部分都可以進入到硫化物里面，然后在進入到硅酸鹽
（二）電池系統(tǒng)的六大目標：量密度、功率密度、SOC運行范圍、循環(huán)壽命、安全性、成本（TCO）。重點要解決的問題：可靠性、安全性、壽命、成本；最重要的是安全，成本是在安全、可靠性、壽命、容量密度之后。
二、為什么選擇鈦酸鋰電池
（一）鈦酸鋰的結構
面心立方尖晶石結構AM2O4，空間群Fd3m，晶胞參數(shù)0.836nm，結構式為[Li3]8a[Li1Ti5]16d[O12]32e。零應變材料，晶格常數(shù)變化很小，從0.836到0.837nm，小于1%；充電時，3個鋰離子移動，電導率為10-9S/cm，擴散系數(shù)為2x10-8cm2/S，比石墨高一倍；化學電位高（對金屬鋰的電位為1.55V），很難在鈦酸鋰表面形成鋰枝晶，也難以形成 SEI膜，所以，安全性是所有這些鋰離子電池中最高的！
（二）鈦酸鋰材料與石墨的比較
二者之間的聯(lián)系：由電池充放電所引發(fā)的效應，在電池工作期間石墨和nLTO晶體的相對機械運動。
石墨：平面位移±10%，石墨中的壓力與應力限制了電池使用壽命；nLTO（3D）中沒有壓力或應力效應，電池使用壽命較長。
三、鈦酸鋰電池的特性及生產(chǎn)商
（一）為什么鈦酸鋰電池更安全，
因為發(fā)生短路的時候有一個絕緣體的材料，一旦放電就變化了電導率很低的情況，所以電流就降低了，它自己就保護起來了。放電態(tài)的鈦酸鋰負極的電導率急劇降低，短路電流急劇下降，沒有熱失控現(xiàn)象發(fā)生，這是鈦酸鋰電池安全性優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池的原因之一 。
（二）鈦酸鋰電池的循環(huán)性更優(yōu)異
鈦酸鋰電池充放電厚度的變化情況，傳統(tǒng)的石墨負極的厚度的變化，波動有10%，所以電池會放，會出現(xiàn)各種問題。再來看看鈦酸鋰電池很輕松就實現(xiàn)了10000次的循環(huán)，這是實際測出來的結果。
冬天車要放在內(nèi)蒙古，或者是東北的話它就不能工作的，所以要加一層膜在里面，鈦酸鋰不需要。在低溫零下30度，鈦酸鋰沒有任何變化。而在普通的行放率在10度的情況下就不能工作了。鈦酸鋰的低溫性非?？煽浚晕覀円羞x擇性的選擇材料。
（三）超長循環(huán)壽命 (25oC)
鈦酸鋰電池可以很輕松地實現(xiàn) 10000 次循環(huán)。This very long life may reduce the need for battery replacement and also allow for repurposing/reuse of batteries.
（四）鈦酸鋰電池的低溫可靠性
鈦酸鋰電池的低溫充放電性能優(yōu)異，意味著它的使用溫度范圍更寬（-40~+60oC）。
（五）TCO全生命周期成本優(yōu)勢
LTO 電池總利用的能量輸出大大多于LIB。
The TCO is compared LIB with LTO cell by simple estimation
盧祥軍：鈦酸鋰電池的特性及其應用領域
LTO電池的初始購置成本高于普通的LIB電池，但是其全生命周期的成本遠遠低于普通 LIB電池!!
（七）主要的鈦酸鋰電池生產(chǎn)商：Microvast微宏動力、TOSHIBA東芝、Altairnano銀隆、Leclanche瑞士樂卡。
四、鈦酸鋰電池技術發(fā)展及行業(yè)標準
（一）鈦酸鋰電池與無線充電
無線充電作為未來的饋能技術，將使得電動車的發(fā)展象智能手機一樣重新定義電動車，在線充，邊走邊充將成為可能；鈦酸鋰優(yōu)良的快速充電特性（6分鐘充滿電）與無線充電的有機結合，將首先在電動大巴、有軌電車、AGV等電動設施上得到成功的應用；鈦酸鋰的快充＋長壽命使得電動車輛所需裝載的電池數(shù)量大為減少，從而降低了整車成本；鈦酸鋰電池在整個行業(yè)中將有一席之地，包括電動車、儲能方面需要列入行業(yè)標準予以規(guī)范。
（二）鈦酸鋰電池是電動車48V(20kW)系統(tǒng)最佳選擇之一
