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钛酸锂电池有哪些特性?钛酸锂电池有哪些应用领域

来源:宝鄂实业    2019-04-20 13:46    点击量:
电动车/储能发展对电池的要求:成本、安全、寿命长、装载电量多。电池的性能:成本低;倍率性能好、快充;安全可靠;长寿命。故:安全性与成本是关键!
 
1.研究背景---锂离子电池材料体系:金属离子Mn+在嵌入化合物LixMyXz中应有较高的氧化还原电位,能量密度高;嵌入化合物LixMyXz应能允许大量的锂离子进行可逆嵌入和脱嵌;嵌入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率;嵌入化合物在整个电压范围内应化学稳定性好;嵌入化合物应该便宜,对环境无污染,质量轻。
 
      2.研究背景---结构特征
 
      反复说到安全性,做到三维立体结构真的是安全的。在锂硫电池实现,比如说电压在0.8伏,穿刺再加3.1,这样的结构是不会掉的,因为自身的保护比较强。实际上构成物质结构元素里面是有一个氧离子和一个硫离子,大部分都可以进入到硫化物里面,然后在进入到硅酸盐
 
Fig.1 insertion-compound host with 2D,3D,and 1D interstitial space for Li+-ion transport*J.B. Goodenough, Y. Kim / Journal of Power Sources 196 (2011) 6688–6694.
 
(二)电池系统的六大目标:量密度、功率密度、SOC运行范围、循环寿命、安全性、成本(TCO)。重点要解决的问题:可靠性、安全性、寿命、成本;最重要的是安全,成本是在安全、可靠性、寿命、容量密度之后。
 
二、为什么选择钛酸锂电池 
 
(一)钛酸锂的结构
 
面心立方尖晶石结构AM2O4,空间群Fd3m,晶胞参数0.836nm,结构式为[Li3]8a[Li1Ti5]16d[O12]32e。零应变材料,晶格常数变化很小,从0.836到0.837nm,小于1%;充电时,3个锂离子移动,电导率为10-9S/cm,扩散系数为2x10-8cm2/S,比石墨高一倍;化学电位高(对金属锂的电位为1.55V),很难在钛酸锂表面形成锂枝晶,也难以形成 SEI膜,所以,安全性是所有这些锂离子电池中最高的!
 
(二)钛酸锂材料与石墨的比较
 
二者之间的联系:由电池充放电所引发的效应,在电池工作期间石墨和nLTO晶体的相对机械运动。
 
石墨:平面位移±10%,石墨中的压力与应力限制了电池使用寿命;nLTO(3D)中没有压力或应力效应,电池使用寿命较长。
 
三、钛酸锂电池的特性及生产商
 
(一)为什么钛酸锂电池更安全,
 
因为发生短路的时候有一个绝缘体的材料,一旦放电就变化了电导率很低的情况,所以电流就降低了,它自己就保护起来了。放电态的钛酸锂负极的电导率急剧降低,短路电流急剧下降,没有热失控现象发生,这是钛酸锂电池安全性优于传统锂离子电池的原因之一 。
 
(二)钛酸锂电池的循环性更优异
 
钛酸锂电池充放电厚度的变化情况,传统的石墨负极的厚度的变化,波动有10%,所以电池会放,会出现各种问题。再来看看钛酸锂电池很轻松就实现了10000次的循环,这是实际测出来的结果。
 
冬天车要放在内蒙古,或者是东北的话它就不能工作的,所以要加一层膜在里面,钛酸锂不需要。在低温零下30度,钛酸锂没有任何变化。而在普通的行放率在10度的情况下就不能工作了。钛酸锂的低温性非常可靠,所以我们要有选择性的选择材料。
 
(三)超长循环寿命 (25oC)
 
钛酸锂电池可以很轻松地实现 10000 次循环。This very long life may reduce the need for battery replacement and also allow for repurposing/reuse of batteries.
 
(四)钛酸锂电池的低温可靠性
 
钛酸锂电池的低温充放电性能优异,意味着它的使用温度范围更宽(-40~+60oC)。
 
(五)TCO全生命周期成本优势
 
LTO 电池总利用的能量输出大大多于LIB。
 
The TCO is compared LIB with LTO cell by simple estimation
 
LTO电池的初始购置成本高于普通的LIB电池,但是其全生命周期的成本远远低于普通 LIB电池!!