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钛酸锂电池——材料特性

来源:/news63766.html发布时间:2019/4/3 3:00:00

    钛酸锂,Li4Ti5O12,面心立方尖晶石结构。常用的化合物分子式为AM2O4,空间群为Fd3m,晶胞参数a=0.836nm。 

  尖晶石结构对锂离子有一定的容纳空间,通俗来说一个钛酸锂能容纳3个锂离子。充放电时锂离子嵌入和脱嵌对钛酸锂材料的结构几乎没有影响,钛酸锂的晶型结构几乎无变化,a值仅从0.836nm增大到0.837nm。这种现象被称为“零应变”,因此钛酸锂也被称为“零应变材料”。 


  钛酸锂电池——材料特性(二) 

  安全性——钛酸锂(LTO)VS其他锂电池(一) 

  钛酸锂(LTO) 

  充电电位平台稍负于1.55V,即使在充电后期、低温或高倍率充电的情况下,此负极的电位也不会达到锂离子还原成金属锂的电位,不会产生析锂引发的安全事故。 

  其他锂电池  

  嵌锂的电位约为0.1V,在低温、高倍率充电时易在负极表面析出锂金属,一定程度便会刺破隔膜,造成电池内部短路,产生爆炸等严重危害人身安全。 

  安全性——钛酸锂(LTO)VS其他锂电池(二) 

  钛酸锂(LTO) 

  1)发生短路故障时欧姆阻抗急剧增加,抑制放电反应,不会引起过大的瞬间电流和温度上升; 

  2)LTO本身均不可燃; 

  上述两点保证了电池的安全性。  

  其他锂电池  

  1)易发生内短路事件; 

  2)其本身具备可燃性; 

  上述两点极易引发电池爆炸等重大安全事故。  

  工作温度范围——钛酸锂(LTO)VS其他锂电池 

  可以看出:与其他电池相比,钛酸锂电池的温度特性更为优异。  

  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。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。 

  循环寿命——钛酸锂(LTO)VS其他锂电池 

  LTO:循环过程中体积变化仅为0.1%~0.3%,能避免充放电过程中因材料的伸缩变化而导致结构的变化,从而提高电极的性能和减少比容量的大幅度衰减;循环过程不产生SEI膜。东芝、盟固利等提供的材料显示循环寿命不少于10000次。 

  其他锂电池:循环过程中有约10%的体积膨胀;在电极表面产生一层SEI钝化膜。这两者均会减少其循环寿命。 

  钛酸锂电池——倍率特性 

  充电效率和成本——钛酸锂(LTO)VS其他锂电池 

  注:其他锂电池以磷酸铁锂电池(LFP)为例 

  钛酸锂电池具备大倍率充放电的特性,充电倍率为磷酸铁锂的3倍(无热管理情况下),以100Ah磷酸铁锂和60Ah钛酸锂,100A放电,工作10小时为例: 

  LFP:充电2.5h,充电时间=[10/(1+2.5)]*2.5=7.12h 

  LTO:充电1/3h(3C充电),放电一次0.625h, 

  充电时间=[10/(1/3+0.625)]*1/3=3.43h 

  ①钛酸锂电池缩短充电时间,减少车辆配置,在繁忙的自动化市场,时间意味着金钱,工作效率提升带来的是成本的降低。 

  ②钛酸锂电池循环寿命可达到12000次以上,寿命延长降低更换和维护的成本。 

  ③钛酸锂具备良好的温度适应性、倍率特性、长寿命特性,可适应更多更恶劣的特种工作环境。 

  钛酸锂电池的优势  

  钛酸锂电池优势:  

  ①具备高安全性,在******情况下(针刺、挤压、跌落、火烧等)电池不起火不爆炸; 

  ②具备很好的高低温特性,在低温情况下优异与其他锂电池; 

  ③具备很好的循环寿命12000次以上;充电快,******可达8C倍率充放电; 

  ④良好的循环寿命和高倍率充放电可以提高运行效率,降低运营成本。 

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