鈦酸鋰電池放電原理以及優缺點解析

鈦酸鋰電池放電原理

鈦酸鋰電池由正、負極板（正極活性物質為三元鋰，負極為鈦酸鋰）、隔膜、電解質、極耳、不銹鋼（鋁合金）外殼等組成。正負極板是電化學反應的區域，隔膜、電解質供應Li的傳輸通道，極耳起到引導電流的用途。

電池充電時，Li+從三元鋰材料中遷移到晶體表面，從正極板材料中脫出，在電場力的用途下，進入電解液，穿過隔膜，再經電解液遷移到負極鈦酸鋰晶體的表面，然后嵌入負極鈦酸鋰尖晶石結構材料中。與此同時，電子流通過正極的鋁箱，經極耳、電池極柱、負載、負極極柱、負極耳流向負極的鋁箔電極，再經導電體流到鈦酸鋰負極，使電荷達至平衡。

電池放電時，Li從鈦酸鋰尖晶石結構材料中脫嵌，進入電解液，穿過隔膜，再經電解質遷移到三元鋰晶體的表面，然后重新嵌入到三元鋰材料中。與此同時，電子經導電體流向負極的鋁箔電極，經極耳、電池負極柱、負載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極，然后再經導電體流到三元鋰正極，使電荷達至平衡。

鈦酸鋰電池的優缺點

優勢：

采用電動車輛取代燃油車輛是處理城市環境污染的最佳選擇，其中鋰離子動力鋰離子電池引起了研究者的廣泛關注。為了滿足電動車輛對車載型離子動力鋰離子電池的要求，研制安全性高、倍率性能好且長壽命的負極材料是其熱點和難點。

商業化的鋰電池負極緊要采用碳材料，但以碳做負極的鋰電池在使用上仍存在一些弊端：

1、過充電時易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電池的安全性能;

2、易形成SEI膜而導致首次充放電效率較低，不可逆容量較大;

3、即碳材料的平臺電壓較低（接近于金屬鋰），并且容易引起電解液的分析，從而帶來安全隱患。

4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環穩定性差。

與碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5O12具有分明的優點：

1、它為零應變材料，循環性能好;

2、放電電壓平穩，而且電解液不致發生分析，提高鋰電池安全性能;

3、與炭負極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴散系數（為2*10-8cm2/s），可高倍率充放電等。

4、鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高，不易出現鋰枝晶，為保障鋰電池的安全供應了基礎。

缺點：

1、相對其他類型的鋰離子動力鋰離子電池能量密度會低一些。

2、脹氣問題一直妨礙著鈦酸鋰電池的使用。

3、相對其他類型的鋰離子動力鋰離子電池價格偏高。

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