鈦酸鋰電池鼓脹的原由

鈦酸鋰電池的脹氣業界有三種提法：其一，鈦酸鋰材料容易吸水，吸附的水容易成為結晶水，在烘烤電池極片和電池芯時，水分不容易被去除，導致結晶水和電解液發生反應出現氣體；其二，電解液在鈦酸鋰電極表面有較高的還原反應活性，鈦酸鋰顆粒表面有可能具有催化活性點，催化電解液溶劑的還原分析出現氣體；其三，鈦酸鋰電極材料中可能有TiO2相，TiO2可能對電解液具有催化活性，使電解液發生還原分析出現氣體。以上三種脹氣機制目前都是基于推測，尚未見相關的研究報道。

在研究過程中發現LTO電池不僅在化成過程中存在著嚴重的脹氣，在后續循環使用過程中脹氣現象始終存在，從而嚴重妨礙了LTO電池的商業化進程。目前產業界普遍認為LTO電池的脹氣問題緊要是材料自身容易吸水所導致的，但沒有確切的證據來證明這一推測；學術界對LTO電池脹氣現象研究較少，有研究人員認為LTO材料在實際使用電壓范圍內（1V-3V）無法像碳負極相同形成完整的SEI膜抑制產氣反應的進一步發生，因此在充放電過程中電解液始終與LTO表面筆直接觸，從而造成電解液有機溶劑在LTO材料表面繼續還原分析，這可能是導致LTO電池脹氣的根本原由。

眾所周知，Li4Ti5012，在0~3V作時有兩個氧化還原電位，分別在1.55和0.7左右。而大部分電解液溶劑在1.0以下不穩定，易被還原分析。因此，文獻]指出Li4Ti501張氣是由1.0以下電解液溶劑還原分析造成的，在Li4Ti501表面包覆一層碳膜阻斷其與電解液的接觸，就能抑制其脹氣現象。然而，在實際使用中，發現即使Li4Ti5012在高于1.0V，比如1~3V工作時，仍有嚴重的脹氣現象，特別是在高溫時（高于50℃）。由此可見，還有其他原由導致Li4Ti5012脹氣，這就要對Li4Ti5012的脹氣機理進行深入的研究。He等發現，Li4Ti5012脹氣是由其顆粒表面與電解液溶劑反應造成的，即由Li+02和[Li。

1/3Ti5/3構成的（111）晶面向由[Li1/3Ti5/3拘成的（222）晶面轉變時造成的電解液分析，脹氣氣體的緊要成分是CO2，CO及H2等。但是，Wu等通過比較不同電壓下Li4Ti5012電極與石墨電極的脹氣行為，發現Li4Ti5012脹氣緊要是由其高電化學電勢導致的，并認為溶劑的分析機理為：鏈狀碳酸酯緊要分析為H2和可溶性氣體；環狀碳酸酯緊要分析為烯烴類氣體和不溶性鹽。同時，Wu等通過分解Li4Ti5012在不同充電電壓和放電電壓下的交流阻抗譜，認為Li4Ti5012脹氣是在Li4Ti5012充電到1.55~1.75時出現的，即在Li+脫出的過程中，電子被吸附在Li4Ti5012表面的羥基得到，從而出現氣體，該過程可描述為：Ti3+H+→Ti4++0.5H2.

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