基于Li4Ti5O12材料的電池因為高安全性、快速充電等特性，具有非常好的影響前景，但是使用LTO材料的電池也面對著產(chǎn)氣較多的問題，有關(guān)LTO材料的產(chǎn)氣機理目前有多種觀點，其中一種人們認為吸附的水分和電解液中的路易斯酸導致產(chǎn)氣新增。根據(jù)這一理論，由水分解出現(xiàn)的H2將在出現(xiàn)的氣體中占有主導地位。另外一種觀點認為LTO材料的表面會與電解液發(fā)生副反應，從而出現(xiàn)H2、CO2和CO等氣體，這可以通過在LTO材料表面包覆一層碳、AlF3和其他一些材料來抑制副反應的發(fā)生。還有之中觀點認為，產(chǎn)氣行為重要和LTO電勢有關(guān)，因為石墨材料在1.55V附近也會出現(xiàn)大量的氣體。

實際上，LTO材料的產(chǎn)氣行為比較復雜，在實際中我們不僅僅檢測到了H2、CO2、CO，還檢測到了C2H4這些氣體，這與負極SEI膜形成時導致的電解液分解有關(guān)，所以LTO材料的產(chǎn)氣行為是一個復雜的綜合過程。上海產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院的WeiLiu等人對LTO材料的產(chǎn)氣行為研究后認為，Ti離子的電子結(jié)構(gòu)和SEI膜的形成關(guān)于其產(chǎn)氣行為具有至關(guān)重要的影響。

WeiLiu在研究中使用的軟包電池的正極材料為NMC111，負極為Li4Ti5O12，下圖為a為不同SoC狀態(tài)的電池在55℃下老化24小時后電池的照片，可以看到在100%SoC下電池產(chǎn)氣要明顯多于50%SoC和0%SoC的狀態(tài)的電池，可以看到，電池在剛剛化成結(jié)束時產(chǎn)氣非常少，但是在55℃下老化24h后，電池產(chǎn)氣明顯新增。例如50%SoC的電池在老化前后，氣袋的體積從4.2ml新增到了18.7ml，而100%SoC下，氣袋的體積則從3.9ml新增到了48.8ml。造成這一現(xiàn)象的原因可能與Ti離子的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)，Lu等人認為在LTO材料中存在自發(fā)的Ti3+到Ti4+的轉(zhuǎn)變，在這一過程中會釋放出一個電子，從而對有機電解液的氧化／分解出現(xiàn)影響，而在較高的SoC下，LTO材料中會有更多Ti3+，因此會有更多的Ti3+轉(zhuǎn)變?yōu)門i4+，因此也就意味著釋放更多的電荷，從而加劇電解液的分解。

在不同的SoC狀態(tài)下，，其中圖a和圖b為原始的LTO材料，材料的顆粒粒徑為0.2-1um，LTO材料的顆粒表面比較光滑，電極表面存在較多的孔洞。在將電池充電到50%SoC后，電極表面的一些孔洞已經(jīng)消失了，同時LTO材料的顆粒表面也開始變的粗糙，表面電解液在負極表面發(fā)生了分解。當將電池充電到100%SoC后，電極表面覆蓋了一層厚厚的電解液分解產(chǎn)物，同時電極表面所有的孔洞也都消失了。結(jié)合前面的產(chǎn)氣研究，基本上可以判斷，LTO電池的產(chǎn)氣行為重要是因為電解液在LTO負極表面發(fā)生分解所致。

為了研究LTO／電解液界面反應特性，WeiLiu利用XAES手段對LTO進行了研究，。其中圖a為TiL2，3-edge的特點圖譜，其中P3和P4峰，代表L3-edge，P3和P4代表L2-edge，分別對應著Ti2P3/2和TiP1/2激發(fā)態(tài)。我們可以看到當電池充電到50%SoC后，所有的特點峰強度都降低了，同時P1峰和P2峰的強度比t2g／eg也發(fā)生了降低，而Ti4+還原為Ti3+會降低t2g／eg，這說明LTO中更多的Ti4+轉(zhuǎn)變?yōu)門i3+。同時我們還發(fā)現(xiàn)，在將電池充電到100%SoC后，幾乎所有的特點峰都消失不見了，由于XAES探測深度僅為5-10nm，因此WeiLiu認為這重要是LTO顆粒的表面被一層超過10nm厚的電解液分解產(chǎn)物所覆蓋，導致無法探測到LTO材料本身。這一點也從OK-edge特點譜上得到了驗證，從圖上可以看到在將電池充電到100%SoC后，O的電子結(jié)構(gòu)從1s轉(zhuǎn)變?yōu)閜，這種電子結(jié)構(gòu)的氧重要出現(xiàn)在C-OH結(jié)構(gòu)中，例如COOH官能團，因此這也說明了電解液在LTO顆粒表面發(fā)生了分解。

為經(jīng)過兩次0.5C充放電循環(huán)后電池的倍率性能和循環(huán)性能測試，從圖a可以看到，在0.5C倍率下，電池的初始放電容量為5.27Ah，電壓平臺在2.2V左右，LTO的比容量在144.4mAh/g左右，這要低于扣式電池的測試數(shù)據(jù)，這重要是因為正極和負極的首次效率，以及SEI膜形成等因素的影響。在1，3，5和10C倍率下，電池的放電容量分別為4.91，4.41，4.05和3.77Ah，10C下相比于1C電池的容量保持率為76.8%，表明了NMC111/LTO電池良好的倍率性能。圖b為電池的循環(huán)性能，在循環(huán)100次后，使用環(huán)氧樹脂板夾著的電池容量保持率為99.1%，而沒有使用環(huán)氧樹脂板的電池容量保持率僅為93.2%，這可能是因為電池在循環(huán)過程中產(chǎn)氣導致的正負極距離新增，從而引起部分活性物質(zhì)無法參與到充放電反應，引起的容量下降。

為循環(huán)100次后，電池氣袋的體積膨脹，我們可以注意到電池在循環(huán)過程中產(chǎn)氣現(xiàn)象非常明顯，但是相比于化成過程，循環(huán)過程中由于電池使用溫度比較低，因此產(chǎn)氣還是比較溫和的。

為電池在化成后和循環(huán)后產(chǎn)氣的成分，可以看到化成階段，產(chǎn)氣主要是H2，CO2/C3H8和CO，它們的體積分數(shù)分別為30.6%，14.2%和19.6%。H2主要是電解液中的水分、電極材料上吸附的水分分解造成的。