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钛酸锂电池放电原理以及优缺点介绍

来源:宝鄂实业    2020-05-18 18:13    点击量:
钛酸锂电池放电原理
  钛酸锂电池由正、负极板(正极活性物质为三元锂,负极为钛酸锂)、隔膜、电解质、极耳、不锈钢(铝合金)外壳等组成。正负极板是电化学反应的区域,隔膜、电解质提供Li的传输通道,极耳起到引导电流的作用。
 
  电池充电时,Li+从三元锂材料中迁移到晶体表面,从正极板材料中脱出,在电场力的作用下,进入电解液,穿过隔膜,再经电解液迁移到负极钛酸锂晶体的表面,然后嵌入负极钛酸锂尖晶石结构材料中。与此同时,电子流通过正极的铝箱,经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铝箔电极,再经导电体流到钛酸锂负极,使电荷达至平衡。
 
  电池放电时,Li从钛酸锂尖晶石结构材料中脱嵌,进入电解液,穿过隔膜,再经电解质迁移到三元锂晶体的表面,然后重新嵌入到三元锂材料中。与此同时,电子经导电体流向负极的铝箔电极,经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极,然后再经导电体流到三元锂正极,使电荷达至平衡。

钛酸锂电池的优缺点
  优点:
  采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择,其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关注。为了满足电动车辆对车载型离子动力电池的要求,研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点。
 
  商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料,但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端:
 
  1、过充电时易析出锂枝晶,造成电池短路,影响锂电池的安全性能;
 
  2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低,不可逆容量较大;
 
  3、即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂),并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。
 
  4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大,循环稳定性差。
 
  与碳材料相比,尖晶石型的Li4Ti5O12具有明显的优势:
 
  1、它为零应变材料,循环性能好;
 
  2、放电电压平稳,而且电解液不致发生分解,提高锂电池安全性能;
 
  3、与炭负极材料相比,钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s),可高倍率充放电等。
 
  4、钛酸锂的电势比纯金属锂的高,不易产生锂枝晶,为保障锂电池的安全提供了基础。
 
  缺点:
  1、相对其他类型的锂离子动力电池能量密度会低一些。
 
  2、胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用。
 
  3、相对其他类型的锂离子动力电池价格偏高。
 
  4、电池一致性仍存在差异,随着充放电次数的增加电池一致性差异会逐渐增大。
 
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