如何解决LTO电池的气胀问题？
来源：宝鄂实业
2019-05-24 16:31
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除水或酸
200ppm及500ppm水分导致的电池膨胀率分别为16%和33%，因此，根据目前的工艺控制水平，需将电池中包括正、负极和隔膜的水分控制在100～200ppm以下。
另外，LTO电池首次充电时，提高充电电压至2.8～3V(相当于LTO达到1.2VvsLi/Li+)，可使电池中的残余水分得以分解。软包电池首次充电过程产生的气体可通过随后的二次封口除掉。
优化电解液配方
东芝公司提出在电解液中加入高沸点易于成膜的添加剂，可在LTO表面形成钝化膜抑制气胀。电解液中添加PC，降低了膨胀率，另外添加VC可在1.5V电位下LTO表面形成SEI，有效抑制电解液在界面的还原反应。
由于LiPF6的存在，导致HF和LTO反应，产物Li2TiF6及LiF作为阻挡层覆盖在LTO的表面，因此提高电解液中LiPF6的浓度也可在一定程度上减少LTO电池的气胀。
在电解液中添加能够附着在LTO电极表面的LiF来改善LTO电极的表面，也能明显抑制LTO电极的析气。
LTO表面处理
电解液在纯相LTO表面发生持续的还原反应，而电解液只有在首次循环过程中会在LTO/C表面还原，碳包覆阻碍了LTO与电解液的直接接触，而且LTO/C在颗粒表面表现出了与碳负极材料相似的特性，表面能形成良好的SEI膜，从而抑制了电解液与LTO的连续还原反应。因此，碳包覆有望抑制LTO的产气问题。
另外，也有研究者在LTO电极或材料表面涂覆一层0.2～100nm的绝缘氧化物、磷酸盐等，将LTO与电解液隔开，使其在更低电位反应，抑制气胀的产生下也不与电解质反应。LTO材料由于其表面特殊性，纳米级的颗粒非常容易吸水，且难以除去，下面是LTO表面吸水和CO2的反应原理示意图：
深度：LTO电池的气胀原理和解决对策
主要反应如下，使LTO表面生成了LiOH和LiCO3
深度：LTO电池的气胀原理和解决对策
不同水分含量对LTO电池产气的影响
深度：LTO电池的气胀原理和解决对策
可以看出随着水分含量的升高，电池的产气量越来越多，在首次化成中，普通石墨电极中的水在电位 1. 2 V 附近分解，而 LTO 电极中吸收的水分在化成后可能依旧存在，主要是其LTO 的工作电位高于1.3V，残留的水与电解液中的 PF6-反应生成POF3，POF3化学催化了碳酸酯分解，进而产生了CO2，这是气胀的主要气体来源。
当正极电位达到 3. 5 V以上时，导电剂或是LFP上包覆的 C 被氧化生成CO2，OH-与EC或PC类等碳酸酯的反应产物并结合CO2就生成了沉积在LTO表面的烷基碳酸脂类的低聚物，该低聚物是导致LTO电池循环性能恶化的主要原因。
电解液在LTO表面的还原分解
LTO电池产生的气体主要成分包括H2、CO、CO2 及小分子的烷烃、烯烃等，因此有机溶剂在LTO电极上的催化分解反应被认为是电池气胀的主要来
CO2由有机溶剂的脱羧基反应产生；
烷基碳酸盐中的烷氧基在LTO的催化作用下发生脱氢反应生成H2；
溶剂脱氢反应的中间产物也可以接受电子和Li+进行脱羰反应生成CO；其中CO2也可被还原成CO
