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突破更多燒結(jié)應(yīng)用場(chǎng)景

鈦酸鋰體系鋰離子電池綜述

發(fā)布時(shí)間：2020.05.26

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鋰離子電池具有電壓高、比容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小等諸多優(yōu)點(diǎn)"在便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)交通工具、大型動(dòng)力電源以及儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前商業(yè)化的鋰離子電池主要以石墨化碳材料為負(fù)極資源豐富性能優(yōu)異的石墨作為負(fù)極在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中有著舉足輕重的地位。但石墨負(fù)極電池在循環(huán)過(guò)程中會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞,還會(huì)因鋰析出造成不可逆容量損失難以滿足高倍率長(zhǎng)壽命的要求為了克服這些缺點(diǎn)鈦酸鋰(Li;Ti;On)負(fù)極材料的研究逐漸成為熱點(diǎn)。鈦酸鋰最早于19世紀(jì)90年代中期被Ohzuku發(fā)現(xiàn)是一種尖晶石型面心立方結(jié)構(gòu)材料相對(duì)于金屬鋰電位為1.55 V，理論比容量175 mAh/g實(shí)際比容量可達(dá)165 mAh/g。鈦酸鋰是一種零應(yīng)變材料在鋰離子嵌入、脫出過(guò)程中幾乎無(wú)體積變化循環(huán)穩(wěn)定性非常好。它還具有遠(yuǎn)高于石墨的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)25“C時(shí)鋰離子在鈦酸鋰中的擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到2x 10-8 cm/s ,因此具有很高的倍率性能。此外鈦酸鋰負(fù)極表面不生成SEI膜,避免了電池循環(huán)過(guò)程中由于SEI膜的破壞而導(dǎo)致電池性能劣化具有極高的安全性能”。本文總結(jié)了負(fù)極材料為鈦酸鋰,正極材料分別為錳酸鋰(LiMn2O).

三元(LiNi,Co,Mn_-x 0)、磷酸鐵鋰(LiFePO)鎳錳酸鋰(LiNi,sMn. ,04鈷酸鋰(LiCoO2)等的鋰離子電池研究現(xiàn)狀并分析了鈦酸鋰體系鋰離子電池的應(yīng)用前景，可以為今后鈦酸鋰體系鋰離子電池研發(fā)及應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。1鈦酸鋰體系電池研究現(xiàn)狀錳酸鋰/鈦酸鋰電池尖晶石型錳酸鋰是目前市場(chǎng)上主流的正極材料之- -晶體結(jié)構(gòu)中氧離子為面心立方緊密堆積,鋰離子能夠可逆地從尖晶石晶格中脫嵌不會(huì)引起結(jié)構(gòu)的塌陷，使用鳳谷的鋰電材料燒結(jié)回轉(zhuǎn)窯后具有電壓高、易合成、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外對(duì)錳酸鋰/鈦酸鋰電池開(kāi)展了充分的研究。NorioTakami等研制的3Ah錳酸鋰/鈦酸鋰電池,以10C倍率100%充放電循環(huán)30 000次后,容量保持率為95%。常溫下50 C倍率放電容量保持94% ;- -40 "C低溫下以1 C倍率放電容量為常溫下的80%具有優(yōu)異的循環(huán)性能、倍率性能和低溫性能。Ilias Belharouak等"對(duì)比了錳酸鋰/石墨和錳酸鋰/鈦酸鋰電池的安全性能,兩種電池置于100 C烘箱中保溫12h后錳酸鋰1石墨電池內(nèi)部產(chǎn)生了H2、CH。、CH4等多種易燃?xì)怏w,而錳酸鋰/鈦酸鋰電池內(nèi)部無(wú)任何易燃?xì)怏w產(chǎn)生安全性能顯著提高。

國(guó)內(nèi)李佳等9對(duì)18650型1 Ah錳酸鋰/鈦酸鋰電池的負(fù)極配方進(jìn)行了優(yōu)化,電池以10C充電可在5min內(nèi)充入80%的容量,30 C放電可放出容量的95%以上且電池表面最高溫度不超過(guò)46C;低溫一30C、1C下可充入室溫容量的65.8% ,放出室溫容量的86.2% ;10 C、100%充放電循環(huán)1 000次后電池容量仍保持在93%以上。

劉建文等采用改性的納米級(jí)鈦酸鋰和錳酸鋰制備了10 Ah鋰離子電池，其20 C放電容量保持率為90% ;低溫- -40 C下,1 C放電容量為常溫容量的85%低溫-55 °C下1 C放電容量達(dá)到常溫容量的74% ;- 20 C下0.5 C充電容量可以達(dá)到常溫容量的80%。電池容量增大后仍具有優(yōu)異的低溫放電特性以及良好的倍率性能和低溫充電能力。