鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3809次 | 2018年05月15日
鈦酸鋰電池為什么會(huì)脹氣?
鈦酸鋰(Li4Ti5O12俗稱LTO)空間群屬于Fd3m,尖晶石結(jié)構(gòu),因其所特有的三維鋰離子擴(kuò)散通道,具有功率特性優(yōu)異和高低溫性能佳等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),鈦酸鋰晶體結(jié)構(gòu)能夠在鋰離子脫嵌循環(huán)中保持高度穩(wěn)定性體積變化小于1%,這為鈦酸鋰成為一個(gè)重要的負(fù)極材料打下了基礎(chǔ)。
更重要的是,消除了電池的安全隱患,被稱為最安全的鋰電池負(fù)極材料。鈦酸鋰的物理結(jié)構(gòu)適合作為鋰電池負(fù)極材料,那么它的電化學(xué)特性又是怎樣的呢?與碳負(fù)極材料相比,鈦酸鋰電位較高,為1.55VvsLi+/Li,理論容量175mAh/g,開(kāi)路電壓2.4V,能量密度和電壓平臺(tái)較低。
鈦酸鋰電池具有高安全性、可大倍率充電、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但是用鈦酸鋰做負(fù)極時(shí),電池在充放電循環(huán)過(guò)程中有嚴(yán)重的脹氣現(xiàn)象,在高溫時(shí)更為嚴(yán)重。雖然對(duì)鈦酸鋰電池脹氣的研究從未停止過(guò),包括碳包覆改性、雜化、納米化等等,但是其脹氣問(wèn)題仍未被完全解決,阻礙了鈦酸鋰電池的市場(chǎng)推廣。
鈦酸鋰電池脹氣機(jī)理
學(xué)術(shù)界認(rèn)為鈦酸鋰/NCM電池脹氣比石墨/NCM嚴(yán)重的原因是,鈦酸鋰無(wú)法像石墨負(fù)極體系電池一樣,在其表面形成SEI膜,抑制其與電解液的反應(yīng)。在充放電過(guò)程中電解液始終與Li4Ti5O12表面直接接觸,從而造成電解液在Li4Ti5O12材料表面持續(xù)還原分解,這可能是導(dǎo)致Li4Ti5O12電池脹氣的根本原因。
氣體的主要組分是H2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C3H8等。當(dāng)把鈦酸鋰單獨(dú)浸泡于電解液中時(shí),只有CO2產(chǎn)生,其與NCM材料制備成電池后,產(chǎn)生的氣體包括H2、CO2、CO以及少量氣態(tài)碳?xì)浠衔铮⑶易鞒呻姵睾?,只有在循環(huán)充放電時(shí),才會(huì)產(chǎn)生H2,同時(shí)產(chǎn)生的氣體中,H2的含量超過(guò)50%。這表明在充放電過(guò)程中將產(chǎn)生H2和CO氣體。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
PF5是一種很強(qiáng)的酸,容易引起碳酸酯類的分解,而且PF5的量隨溫度的升高而增加。PF5有助于電解液分解,產(chǎn)生CO2、CO及CxHy氣體。據(jù)相關(guān)研究H2的產(chǎn)生來(lái)源于電解液中的痕量水,但是一般電解液中的水含量為20×10–6左右,對(duì)H2的產(chǎn)量貢獻(xiàn)很低。上海交通大學(xué)吳凱的實(shí)驗(yàn)選用石墨/NCM111做電池,得出的結(jié)論是H2的來(lái)源是高電壓下碳酸酯的分解。
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