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钛酸锂,Li4Ti5O12,面心立方尖晶石结构。具备高功率充放电能力,钛酸锂电池可实现快充。其循环寿命是传统锂离子电池的10倍, 而且低温充放电性能极佳,即使在-30℃状态也良好。
此外,这种尖晶石结构可使每个钛酸锂容纳3个锂离子。充放电时的锂离子嵌入和脱嵌几乎没有不影响其晶型结构,因此钛酸锂也被称为“零应变材料”。
“零应变”对电极材料来说具有重要的作用,能够避免充放电过程中材料由于伸缩导致结构发生变化,而提高电极的性能和减少比容量的大幅度衰减,延长了电池的使用寿命。
目前锂电池负极材料研究主要集中在碳基材料上。碳电极在电池反应过程中进行嵌锂后的电位接近金属锂的电位,一旦电池在过充时,碳电极的表面就容易析出金属锂。产生的金属锂会刺穿隔膜,造成内部电池短路,埋下安全隐患。
与碳负极材料相比,钛酸锂的高电位(1.5VvsLi+/Li)使该材料表面基本难以形成SEI膜,避免了电池过热导致起火。即使在正常电压范围内,钛酸锂表面也难以生成锂枝晶。
这一点很重要,因为在很大程度上避免了锂枝晶在电池内部造成短路的可能。所以采用钛酸锂为负极的锂离子电池的安全性在各种类型的锂离子电池中相对要高。
突破能量密度瓶颈
因为具备上述优良性能,不少企业认为钛酸锂电池在电动大巴车上大有可为。但能量密度不高以及电池循环容易胀气等原因也制约着钛酸锂电池的大规模应用,不少企业在进行多方面攻关。
高工锂电网了解到,目前多家钛酸锂企业正在进行能量密度提升。
四川兴能新材料有限公司(下称“四川兴能”)总经理范未峰博士表示,公司正在研发一款正极为镍锰材料、负极搭配钛酸锂的锂电池,成功后其性能可达到3.2V、120-130wh/kg。
据了解,微宏动力也研发多款钛酸锂软包电池,电压可达到2.3V,能量密度在85-110wh/kg不等。不同于四川兴能的选择,仝志明表示,微宏动力会选择其他的材料路线。
高工产研锂电研究所(GGII)分析师认为,从理论上来说,上述两款材料搭配可以实现钛酸锂电池能量密度提升,但是镍锰材料属于一款高电压材料,电解液在高电压下会分解,导致电池性能不好。寻找一款耐高温的电解液对企业来说,将是不小的挑战。
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