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钛酸锂电池:高安全性、长寿命的新能源电池

2024-07-10 13:04:05发布    浏览12次    信息编号:78327

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钛酸锂电池:高安全性、长寿命的新能源电池

钛酸锂电池是一种锂离子电池负极材料——钛酸锂,可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料复合组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。另外,也可作为正极与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命、绿色环保等特点,钛酸锂材料被广泛应用于新能源汽车、电动摩托车及要求高安全性、高稳定性、长循环的场合,作为新一代锂离子电池负极材料。

钛酸锂电池组成

正极:磷酸铁锂、锰酸锂或者三元材料、镍锰酸锂。

负极:钛酸锂材料。

隔膜:以碳为负极的锂电池隔膜。

电解液:以碳为负极的锂电池电解液。

电池外壳:以碳为负极的锂电池外壳。

钛酸锂电池特性

钛酸锂(LTO)材料在电池中作为负极材料,由于其自​​身特性,在充放电循环反应过程中,材料与电解液容易发生相互作用,产生气体析出。因此普通钛酸锂电池容易出现胀气现象,导致电芯鼓胀,电气性能也会大打折扣,大大降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。测试数据显示,普通钛酸锂电池在循环1500-2000次左右就会出现胀气现象,导致无法正常使用。这也是制约钛酸锂电池大规模应用的重要原因。

钛酸锂(LTO)电池性能提升是单体材料性能提升和各类关键材料有机结合的综合体现。为满足快速充电、长寿命等要求,除负极材料外,还需针对性地研究锂离子电池其他关键原材料(包括正极材料、隔膜、电解液等),并结合专项工程工艺经验,最终形成“不胀气”的钛酸锂LpTO电池产品,并率先在电动大巴上实现量产应用。

测试数据显示,在6C充电、6C放电、100%DOD条件下,钛酸锂LpTO单体电池循环寿命超过25000次,剩余容量超过80%。同时,电池单体产生的胀气不明显,不影响其寿命。重庆快充纯电动公交车的实际应用也表明,电池组成组后,电气性能也相当优异,可以保障纯电动公交车的日常商业运营。

钛酸锂电池的优势

1、安全性好:电动车电池最重要的一点就是安全性高,钛酸锂的平衡电位高,不会在负极形成锂枝晶,安全性好。

2、循环性能好:由于是“零应变”材料,在充放电过程中不会发生结构变化,具有非常优越的循环性能。

3、可快速充放电:锂离子在钛酸锂晶体中的扩散系数为2×10-8cm-2/s,比石墨负极高一个数量级,可快速充放电,快充能力是评价电动汽车电池的重要指标。

4、使用温度范围为-30℃~60℃:低温下锂的嵌入和脱出能力都会下降,特别是嵌入能力下降。钛酸锂负极在-30℃充电时,不会出现锂枝晶导致负极短路或劣化,这是石墨负极无法做到的。可在广泛的环境下快速充放电,适合汽车使用。

5、自放电低:正极采用常规锰酸锂,负极采用钛酸锂电池,60度储存28天后容量剩余率88%,容量恢复率95%以上。

钛酸锂电池的缺点

1、与其他类型锂离子动力电池相比,能量密度较低。

2、胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用。

3、价格相对于其他类型的锂离子动力电池相对较高。

4、电池一致性还是有差异的,而且随着充放电次数的增加,电池一致性的差异会逐渐增大。

钛酸锂电池的应用前景

钛酸锂负极锂离子电池将在以下几个方面得到发展:

(1)替代锌锰、碱锰原电池,为社会节省财富;

(2)替代镍镉、镍氢小型二次电池,坚固耐用;

(3)电动自行车、电动摩托车用动力电池;

(4)更换HEV车辆的5Ah镍氢电池;

(5)轻型专用汽车、小型通勤汽车;

(6)家庭和电网储能。

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