【蓝狮平台资讯】钛酸锂电池的组成部分及结构介绍

　　钛酸由正、负极板（正极活性物质为三元锂，负极为钛酸锂）、隔阂、电解质、极耳、不锈钢（铝合金）外壳等组成。正负极板是电化学反响的区域，隔阂、电解质供给Li+的传输通道，极耳起到引导电流的效果。

　　电池充电时，Li+从三元锂材猜中迁移到晶体外表，从正极板材猜中脱出，在电场力的效果下，进入电解液，穿过隔阂，再经电解液迁移到负极钛酸锂晶体的外表，然后嵌入负极钛酸锂尖晶石结构材猜中。与此同时，电子流经过正极的铝箔，经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铝箔电极，再经导电体流到钛酸锂负极，使电荷达至平衡。

　　电池放电时，Li+从钛酸锂尖晶石结构材猜中脱嵌，进入电解液，穿过隔阂，再经电解质迁移到三元锂晶体的外表，然后重新嵌入到三元锂材猜中。与此同时，电子经导电体流向负极的铝箔电极，经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极，然后再经导电体流到三元锂正极，使电荷达至平衡。

　　由此可见，钛酸基本原理，就是在充、放电的进程中，对应的锂离子在正负极之间来回的嵌脱，完结电池的充放电和向负载的供电。钛酸的充放电示意图如图所示。

　　电池充电时，正极失掉电子，锂离子脱出，嵌入到负极中;负极嵌入锂离子的同时得到电子成为富锂态。放电时的进程正好相反。在Li+嵌入或脱嵌的反响进程中，钛酸锂（Li4TI5O12）是一种抱负的嵌入型电极资料，Li+刺进和脱嵌对资料结构几乎没有影响，因而被称作“零应变”资料，然后保证了其杰出的循环功能。

　　钛酸锂存在两种不同相的分子结构——Li7TI5O12与Li4TI5O12。发生Li7TI5O12的晶体结构与Li4Ti5O12的晶体结构均为尖晶石结构，且晶格常数改变很小，同时体积改变也很小。能够防止充放电循环中电极资料的来回伸缩而导致结构的损坏，然后提高电极的循环功能和运用寿数，减少了随循环次数的添加而带来容量的衰减，使钛酸锂具有优良的循环功能。

　　钛酸的电化学反响方程式：

　　总化学反响方程式：

　　钛酸的结构组成

　　正极：磷酸铁锂、锰酸锂或三元资料、镍锰酸锂。

　　负极：钛酸锂资料。

　　隔阂：以碳作负极的隔阂。

　　电解液：以碳作负极的电解液。

　　电池壳：以碳作负极的壳。

　　钛酸长处

　　钛酸具有体积小、重量轻、能量密度高、密封功能好、无走漏、无记忆效应、自放电率低、充放电迅速、循环寿数超长、作业环境温度范围宽、安全安稳绿色环保等特色，所以在通信电源领域具有非常广泛的使用远景。

　　钛酸锂作为负极资料时电位途径高达1.55V，比传统石墨负极资料高出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。技能专家卢蓝光曾表明，电池快速充电时对负极电压需求比较低，但假如过低，就容易析出非常活泼的金属锂，这种锂离子不仅导电，还能跟电解液起反响，然后释放热量，发生可燃气体，引发火灾。而钛酸锂由于高出来的1V电压防止了负极电压为0的状况，也就间接防止了锂离子的析出，然后保证了电池的安全性。

　　由于钛酸在高温、低温环境中均能够达到安全运用，也体现出其耐宽温（特别耐低温）的重要优势。现在，银隆钛酸的安全作业温度区域在-50度到65度之间，而一般石墨类负极电池在温度低于-20度时能量就开端衰减，-30度时充电容量仅为充电总容量的14%，在严寒气候下根本无法正常作业。此外，由于钛酸即使过度充电，也仅有1%的体积改变，被称为零应变资料，这使其有着极长的寿数。银隆董事长魏银仓曾表明，银隆钛酸寿数可达30年，与汽车运用寿数适当，而一般石墨负极资料电池平均寿数不过3-4年。从全寿数周期看，钛酸本钱更低。

　　钛酸锂的最终一个优势是快速充放电才能强，充电倍率高。现在银隆钛酸的充电倍率有10C、甚至20C，而一般石墨负极资料的电池充电倍率仅有2C-4C。根据钛酸的这些技能特色，业内人士以为其契合了新能源公交车、大型储能装备的需求。

　　钛酸缺陷

　　然极佳的安全功能使得对钛酸锂离子电池的研究成为热点，但是Li4Ti5O12资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）极大地约束了在大倍率充放下的使用。有学者研究表明，将Li4Ti5O12的颗粒尺度纳米化以后能够扩展有用的反响面积和减小扩散距离，然后明显的提高资料的倍率功能。但是需求指出的是，资料颗粒纳米化的进程往往比较困难，需求较高的本钱，现在难以实现大规模的工业出产。

　　钛酸在循环运用中会发生持续产气，导致电池包鼓胀，高温时特别严重，影响正负极的接触，添加电池阻抗，影响电池功能的发挥。这也是约束负极资料钛酸锂广泛使用到电池中的首要障碍之一。

　　钛酸技能开发难点及其开展方向

　　1.在我国开展钛酸技能的理由

　　钛酸技能在我国各种超长的循环寿数远胜于各类铅酸电池；其功率、本钱及电化学功能更是优于钠硫与液流钒等电池系统。

　　锂电产品历年来首要商场是便携式电器如手机和手提电脑等。我国的手机与手提电脑的用量虽大，但大部分都不属国内品牌。所以国内锂电厂家在便携式电器上的锂电出售才能输于日韩产品。

　　但是，钛酸锂技能的适用商场却是混合电动车、特别工业使用及储能使用如调频及电网电压支撑等。这些商场在全世界尚处于起步阶段，谁执牛耳尚未可知。钛酸锂技能有望成为这些商场中的佼佼者。

　　我国人口基数占全世界约1/5。由于人口众多，我国的电动车、储能及工业使用商场是一个让许多国家的跨国公司所垂涎的巨大商场。近年来我国政府对电动车及储能产业的开展高度重视，各类国家鼓励政策纷纷出台。我国产的钛酸系统在重庆及欧洲的混合电动大巴、张北的风光储示范站及深圳宝清储能电站已有了几年的商业化使用数据积累。

　　另外，我国锂电产业链的上下游早已成气候，除了完备的电池资料供应与设备制造才能之外，产品的出产才能也与日、韩三分全国。这就使得我国的锂电出产厂家从传统锂电出产转型到钛酸产品出产具备了先天的条件。

　　我国在钛酸锂资料出产方面早已有了像四川兴能、珠海银隆、湖州微宏等既有实力又有经验的企业。在钛酸出产方面锋芒毕露的代表企业有湖州微宏、珠海银隆、深圳博磊达、天津捷威等。

　　这些企业都已经在国内外电动车及储能商场开始建立了自己的出售途径。特别值得指出的是深圳博磊达具有从资料出产到电池制造及系统集成一系列专有技能与知识产权，现在我国锂电界尚属少见的具有自主知识产权的出产厂家。

　　2.钛酸锂资料、电池及电池组制造的瓶颈

　　既然钛酸技能有诸多其他锂电无法比拟的优越性，那为何至今停止在我国能源行业甚至世界能源领域使用寥寥呢？原因有以下3个方面：

　　①钛酸锂资料出产钛酸锂资料的出产从原则上说并不杂乱。但要用作锂离子电池的负极资料，不光需求考究资料具有适宜的比外表积、粒度、密度和电化学功能等，还必须能够适应于大规模的出产工艺。钛酸锂资料在许多传统锂电出产线上无法正常出产的原因之一就是资料的pH为11或12，吸湿性极强。

　　②钛酸制造在事实上，将惯例锂离子电池出产线直接用来出产钛酸产品并不像仅仅把石墨换成钛酸锂资料那样简略。由于钛酸锂资料对湿度的要求比惯例锂离子电池出产要高得多。为了操控湿度，有些制备工艺需求做相应的调整以适应钛酸产品出产的特别要求。另外，有些出产设备也需求做相应的改进。假如有条件的话，最好能专门为钛酸产品重新规划一条结构紧凑、体积细巧、全封闭式的自动化出产线。

　　③钛酸组与惯例锂离子电池不同，现在国内外出产的钛酸在成组投入使用一段时期后常会看到软包的单体电池内有微量的气体发生。这些气体与新鲜电池化成时发生的气体不同。前者能够经过电池出产工艺来去除。但后者则是在电池运用进程中发生的，或者说在现在的工艺条件下很难防止。

　　笔者以为，研究循环时气体发生的化学反响机理应该不失为一个很好的科研标题。另外，由于钛酸技能的优越性之一是其高功率功能。虽然电池本身能够接受大电流充放电，但厚的单体电池仍然不适于高功率使用由于电池太厚会造成大电流发生的热量难以散发。所以对大功率钛酸来说，尺度大而薄的软包电池结构仍不失为一个合理的选择。

　　3.钛酸锂技能的往后开展方向

　　最终，在此有必要归纳归纳一下钛酸锂资料作为锂电负极的优劣势，优势：超高安全性、超长寿数、高低温作业范围宽、高功率、低本钱以及绿色环保。劣势：钛酸锂资料能量密度低、吸水性强，电池制造的环境要求高、出产工艺要做相应的更新、新工艺需求出资必要的设备与更高要求的湿度操控、以及钛酸的使用商场尚未充分打开。