钛酸锂体系锂离子电池综述

锂离子电池具有电压高、比容量大、循环寿命长、自放电率小等诸多优点"在便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源以及储能领域具有广泛的应用。目前商业化的锂离子电池主要以石墨化碳材料为负极资源丰富性能优异的石墨作为负极在锂离子电池产业中有着举足轻重的地位。但石墨负极电池在循环过程中会发生结构破坏,还会因锂析出造成不可逆容量损失难以满足高倍率长寿命的要求为了克服这些缺点钛酸锂(Li;Ti;On)负极材料的研究逐渐成为热点。钛酸锂最早于19世纪90年代中期被Ohzuku发现是一种尖晶石型面心立方结构材料相对于金属锂电位为1.55 V，理论比容量175 mAh/g实际比容量可达165 mAh/g。钛酸锂是一种零应变材料在锂离子嵌入、脱出过程中几乎无体积变化循环稳定性非常好。它还具有远高于石墨的锂离子扩散系数25“C时锂离子在钛酸锂中的扩散系数达到2x 10-8 cm/s ,因此具有很高的倍率性能。此外钛酸锂负极表面不生成SEI膜,避免了电池循环过程中由于SEI膜的破坏而导致电池性能劣化具有极高的安全性能”。本文总结了负极材料为钛酸锂,正极材料分别为锰酸锂(LiMn2O).

三元(LiNi,Co,Mn_-x 0)、磷酸铁锂(LiFePO)镍锰酸锂(LiNi,sMn. ,04钴酸锂(LiCoO2)等的锂离子电池研究现状并分析了钛酸锂体系锂离子电池的应用前景，可以为今后钛酸锂体系锂离子电池研发及应用提供指导依据。1钛酸锂体系电池研究现状锰酸锂/钛酸锂电池尖晶石型锰酸锂是目前市场上主流的正极材料之- -晶体结构中氧离子为面心立方紧密堆积,锂离子能够可逆地从尖晶石晶格中脱嵌不会引起结构的塌陷，使用凤谷的锂电材料烧结回转窑后具有电压高、易合成、成本低、环境友好等优点。国外对锰酸锂/钛酸锂电池开展了充分的研究。NorioTakami等研制的3Ah锰酸锂/钛酸锂电池,以10C倍率100%充放电循环30 000次后,容量保持率为95%。常温下50 C倍率放电容量保持94% ;- -40 "C低温下以1 C倍率放电容量为常温下的80%具有优异的循环性能、倍率性能和低温性能。Ilias Belharouak等"对比了锰酸锂/石墨和锰酸锂/钛酸锂电池的安全性能,两种电池置于100 C烘箱中保温12h后锰酸锂1石墨电池内部产生了H2、CH。、CH4等多种易燃气体,而锰酸锂/钛酸锂电池内部无任何易燃气体产生安全性能显著提高。

国内李佳等9对18650型1 Ah锰酸锂/钛酸锂电池的负极配方进行了优化,电池以10C充电可在5min内充入80%的容量,30 C放电可放出容量的95%以上且电池表面最高温度不超过46C;低温一30C、1C下可充入室温容量的65.8% ,放出室温容量的86.2% ;10 C、100%充放电循环1 000次后电池容量仍保持在93%以上。

刘建文等采用改性的纳米级钛酸锂和锰酸锂制备了10 Ah锂离子电池，其20 C放电容量保持率为90% ;低温- -40 C下,1 C放电容量为常温容量的85%低温-55 °C下1 C放电容量达到常温容量的74% ;- 20 C下0.5 C充电容量可以达到常温容量的80%。电池容量增大后仍具有优异的低温放电特性以及良好的倍率性能和低温充电能力。