鈦酸鋰電池——材料特性(一)

鈦酸鋰，Li4Ti5O12，面心立方尖晶石結(jié)構(gòu)。常用的化合物分子式為AM2O4，空間群為Fd3m，晶胞參數(shù)a=0.836nm。

尖晶石結(jié)構(gòu)對(duì)鋰離子有一定的容納空間，通俗來說一個(gè)鈦酸鋰能容納3個(gè)鋰離子。充放電時(shí)鋰離子嵌入和脫嵌對(duì)鈦酸鋰材料的結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，鈦酸鋰的晶型結(jié)構(gòu)幾乎無變化，a值僅從0.836nm增大到0.837nm。這種現(xiàn)象被稱為“零應(yīng)變”，因此鈦酸鋰也被稱為“零應(yīng)變材料”。

鈦酸鋰電池——材料特性(二)

安全性——鈦酸鋰(LTO)VS其他鋰電池(一)

鈦酸鋰(LTO)

充電電位平臺(tái)稍負(fù)于1.55V，即使在充電后期、低溫或高倍率充電的情況下，此負(fù)極的電位也不會(huì)達(dá)到鋰離子還原成金屬鋰的電位，不會(huì)產(chǎn)生析鋰引發(fā)的安全事故。

其他鋰電池

嵌鋰的電位約為0.1V，在低溫、高倍率充電時(shí)易在負(fù)極表面析出鋰金屬，一定程度便會(huì)刺破隔膜，造成電池內(nèi)部短路，產(chǎn)生爆炸等嚴(yán)重危害人身安全。

安全性——鈦酸鋰(LTO)VS其他鋰電池(二)

鈦酸鋰(LTO)

1)發(fā)生短路故障時(shí)歐姆阻抗急劇增加，抑制放電反應(yīng)，不會(huì)引起過大的瞬間電流和溫度上升;

2)LTO本身均不可燃;

上述兩點(diǎn)保證了電池的安全性。

其他鋰電池

1)易發(fā)生內(nèi)短路事件;

2)其本身具備可燃性;

上述兩點(diǎn)極易引發(fā)電池爆炸等重大安全事故。

工作溫度范圍——鈦酸鋰(LTO)VS其他鋰電池

可以看出：與其他電池相比，鈦酸鋰電池的溫度特性更為優(yōu)異。

由于鈦酸鋰電池在高溫、低溫環(huán)境中均可以達(dá)到安全使用，也體現(xiàn)出其耐寬溫(尤其耐低溫)的重要優(yōu)勢(shì)。而普通石墨類負(fù)極電池在溫度低于-20度時(shí)能量就開始衰減，-30度時(shí)充電容量?jī)H為充電總?cè)萘康?4%，在嚴(yán)寒天氣下根本無法正常工作。

循環(huán)壽命——鈦酸鋰(LTO)VS其他鋰電池

LTO：循環(huán)過程中體積變化僅為0.1%～0.3%，能避免充放電過程中因材料的伸縮變化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變化，從而提高電極的性能和減少比容量的大幅度衰減;循環(huán)過程不產(chǎn)生SEI膜。東芝、盟固利等提供的材料顯示循環(huán)壽命不少于10000次。

其他鋰電池：循環(huán)過程中有約10%的體積膨脹;在電極表面產(chǎn)生一層SEI鈍化膜。這兩者均會(huì)減少其循環(huán)壽命。

鈦酸鋰電池——倍率特性

充電效率和成本——鈦酸鋰(LTO)VS其他鋰電池

注：其他鋰電池以磷酸鐵鋰電池(LFP)為例

鈦酸鋰電池具備大倍率充放電的特性，充電倍率為磷酸鐵鋰的3倍(無熱管理情況下)，以100Ah磷酸鐵鋰和60Ah鈦酸鋰，100A放電，工作10小時(shí)為例：

LFP：充電2.5h，充電時(shí)間=[10/(1+2.5)]*2.5=7.12h

LTO：充電1/3h(3C充電)，放電一次0.625h，

充電時(shí)間=[10/(1/3+0.625)]*1/3=3.43h

①鈦酸鋰電池縮短充電時(shí)間，減少車輛配置，在繁忙的自動(dòng)化市場(chǎng)，時(shí)間意味著金錢，工作效率提升帶來的是成本的降低。

②鈦酸鋰電池循環(huán)壽命可達(dá)到12000次以上，壽命延長(zhǎng)降低更換和維護(hù)的成本。

③鈦酸鋰具備良好的溫度適應(yīng)性、倍率特性、長(zhǎng)壽命特性，可適應(yīng)更多更惡劣的特種工作環(huán)境。

鈦酸鋰電池的優(yōu)勢(shì)

鈦酸鋰電池優(yōu)勢(shì)：

①具備高安全性，在極端情況下(針刺、擠壓、跌落、火燒等)電池不起火不爆炸;

②具備很好的高低溫特性，在低溫情況下優(yōu)異與其他鋰電池;

③具備很好的循環(huán)壽命12000次以上;充電快，最高可達(dá)8C倍率充放電;

④良好的循環(huán)壽命和高倍率充放電可以提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。