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利用钛酸锂做锂电池负极优点有哪些?

来源:宝鄂实业    2019-04-30 13:24    点击量:
首先,更高的安全性。钛酸锂独特的物理性能使其具备传统锂离子电池所不具备的高安全特性。钛酸锂与电解液中溶剂间的反应活性较低,在表面基本不生成SEI绝缘钝化膜,这大大改善了锂电池的化学稳定性和安全性能。在较高的温度环境下,钛酸锂能够吸收正极分解所产生的氧气,降低了热失控的风险,提高了锂电池的安全性能。同时钛酸锂负极从根本上消除了金属锂在负极上枝晶现象的产生,大大降低了锂电池内部发生短路的风险。其次,钛酸锂负极锂电池寿命长。由于钛酸锂负极材料本身的结构稳定,并且在充放电过程中保持电极结构稳定,这使锂电池的循环寿命极大地提高,循环次数可达25 000次以上。再次,宽范围的工作温度范围和可快速充放电。钛酸锂电池有着传统锂离子电池所不具备的优异高低温性能和快速充放电功能。由于钛酸锂负极材料结构稳定,在低温环境下各项电化学性能指标仍能保持常温时的状态,这使钛酸锂电池具备在-50℃~60℃很宽的高低温范围内完全充放电的电化学表现。而目前以石墨为负极的锂离子电池可以在-40℃左右放电(放电量较低),但却无法在-10℃及更低温度下实现常规电流的充电。
 
 
特别是钛酸锂电池与目前纯电动客车上应用比例最高的磷酸铁锂电池相比,优势仍然突出。除了能量密度比磷酸铁锂电池略低以外,在安全性、使用寿命、充电时间、工作温度范围等方面,钛酸锂电池都完胜。比如,磷酸铁锂电池在加热到160℃时会发生爆炸,因为有SEI绝缘膜,不仅影响首次充放电效率,初次循环容量损失超过10%,而且高于45℃时易分解,高温时循环寿命衰减很快。此外,快充对循环寿命影响较大,寿命为5~8年。但钛酸锂电池无SEI绝缘膜,初次循环无容量损失,且快充对循环寿命影响较小,仅需6min,热稳定性强,循环使用寿命可长达10a。
中间相炭微球(MCMB)微观结构为球形片层颗粒,具有各项同性, 主要是对煤焦油进行特殊处理后获得的中间相小球体,它经2 800℃以上高温石墨化处理得到中间相炭微球负极材料。中间相炭微球负极在锂电池中具有电极压实密度高及可大电流快速充放电的性能优势;但中间相炭微球生产制造成本较高,容量偏低,容量在320~350mAh/g之间,这限制了其使用范围。
 
 
软碳,在高温条件(>2 500℃)下处理可以石墨化结构的无定形碳。软碳材料的突出优点是可逆比容量高,一般大于300 mAh/g,与有机溶剂相容性较好,因此锂电池的循环稳定性好,较适合大电流密度的锂电池充放电。软碳是指在2 500℃以上的高温下能石墨化的无定型碳。软碳的结晶度(即石墨化度)低、与电解液的相容性好。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳微球等。软碳负极材料内部具有大量的乱层结构及异质原子, 其容量一般在250~320 mAh/g, 并且其电压滞后性大,首次充放电效率低,并且容量衰减较快,因此难以获得实际应用。
 
碳纳米管(CNT)(见图3)是一种具有较完整石墨化结构的特殊碳材料,其自身具有优良的导电性能和高的导热系数。因其结构特殊,导致负极在脱嵌锂时深度小、行程短、速度快,并且在大倍率大电流充放电时极化作用较小,可对提高锂电池电池的大倍率快速充放电性能很有帮助。然而,碳纳米管单独直接用作锂离子电池负极材料时,会存在锂电池不可逆容量高、首次充放电库伦效率低、充放电平台不明显及电压滞后严重等突出问题。将碳纳米管直接做负极材料,有数据表明其首次放电容量1 500~1 700mAh/g,但是可逆容量仅为400mAh/g,随着锂电池进一步进行充放电循环,可逆容量更低,衰减速度更快。这就导致了其在锂电池中的进一步应用。