登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
尖晶石型结构的钛酸锂由于具有极高的循环寿命和安全特性,被认为是目前最具应用前景的锂离子电池负极材料之一。但钛酸锂的电子电导率较低,且在充放电循环过程中易产生胀气问题,使其应用受到了极大的限制。将高导电、环境友好、化学和热性能稳定且结构多样的碳材料与钛酸锂形成复合负极材料,可有效提高材料的导电性,同时抑制胀气,对电极材料的性能优化起到非常关键的作用。本文综述了近年来碳材料在钛酸锂负极中的应用与研究进展,深入分析和探讨了碳材料对钛酸锂综合电化学性能的改善方式和改进效果,指出了不同形式的钛酸锂/碳复合材料在制备和应用中需要关注的问题,并对钛酸锂/碳复合材料未来可能的应用方向进行了展望。
引言
随着化石能源的不断衰竭和环境问题的日益加剧,清洁、可再生能源的开发与高效存储成为目前全球关注的重要议题。在众多能量存储器件中,锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应和环境友好等优点,自商品化以来便得到了迅速的发展和广泛的应用。近年来,为适应新能源汽车和智能电网等大型储能装置需求的快速发展,开发具有高能量密度、高功率密度、优异安全性和长循环寿命的锂离子电池成为当今储能领域备受瞩目的研究热点。
目前已商品化的锂离子电池负极材料仍以可在层间可逆嵌入、脱出锂离子的碳材料( 如石墨)为主,但这类材料在首次充放电时,会在其表面形成固体电解质界面( SEI)膜,造成不可逆容量损失; 由于石墨的嵌锂电位与金属锂接近,过充时会形成锂枝晶而引发安全问题; 石墨类材料在嵌锂过程中还会由于体积膨胀而使活性物质间失去有效的导电接触,造成容量损失。这些缺点限制了石墨类碳负极材料在车载和智能电网等大型锂离子电池及动力电池领域的应用,因此,寻找比碳负极材料更安全可靠、循环寿命更长的负极材料是发展下一代锂离子电池的关键。
具有尖晶石型结构的钛酸锂是新型的负极材料之一。与石墨负极相比,钛酸锂具有更高的嵌锂电位,可有效避免金属锂的析出和锂枝晶的形成。钛酸锂及嵌锂态的Li7Ti5O12具有远高于石墨的热力学稳定性,不易引起电池的热失控,从而具有更高的安全性。同时,钛酸锂在锂离子嵌入、脱出的过程中,晶格参数几乎不发生变化,晶体结构能够保持高度的稳定性,是一种“零应变”材料,因此具有极为优良的循环稳定性。此外,钛酸锂还具有优异的低温性能,快速充电能力,较高的性价比,因而在大规模储能等领域具有较好的应用前景。
虽然钛酸锂具有上述优点,自1989年钛酸锂首次被用作负极材料以来,以钛酸锂为负极的锂离子电池却仍未获得所预期的快速的产业化。限制钛酸锂规模化应用的主要因素源于材料和器件两个方面:
第一,钛酸锂的电子和离子电导率分别为10-13 S˙cm-1和10-9-10-13 cm2˙s-1,电子在钛酸锂中发生跃迁的能隙约为2 eV,材料本征的绝缘属性极大限制了其在大电流充放电条件下的倍率性能。
第二,以钛酸锂为负极的锂离子电池在充放电循环和存储过程中,普遍存在“胀气”现象,即电池内部不断产生气体,特别是在高温条件下,胀气更为严重。
针对以上两个问题,国内外研究人员开展了广泛而深入的研究工作,包括:
( 1) 通过对钛酸锂进行离子掺杂、导电物包覆或与导电性物质形成复合材料,来改善钛酸锂的电子导电性;
( 2) 通过对钛酸锂进行纳米化结构设计,来缩短其离子扩散距离,提高倍率性能;
( 3) 通过深入研究钛酸锂材料的产气机理,来寻找抑制电池胀气的方法等。而将具有高导电性、环境友好、化学性能和热性能稳定且结构多样的碳材料与钛酸锂形成复合材料,在提高材料导电性的同时抑制胀气,是近年来钛酸锂研究的又一热点。
本文综述了近几年来碳材料在钛酸锂负极材料中的应用研究进展, 深入分析和探讨了碳材料对钛酸锂综合电化学性能的改善作用,总结了钛酸锂/碳复合材料在制备和应用中需要关注的问题,最后指出了钛酸锂/碳复合电极材料未来可能的应用方向。
钛酸锂的基本结构与充放电机制
钛酸锂为具有尖晶石结构的白色晶体,在空气中可稳定存在,其结构式可写为 Li( Lil/3Ti5/3) O4,空间点阵群为Fd3m,其中氧离子立方密堆构成面心立方点阵,位于32e位置,锂离子占据四面体8a位置,而八面体16d位置则分别由锂离子和钛离子( Ti4 + )以1∶ 5的原子比例占据。因此,尖晶石型钛酸锂的结构式可表示为Li( 8a)[Lil/3 Ti5/3]( 16d) O4( 32e)。在锂离子嵌入过程中,3个原来占据8a位置的锂由于静电排斥作用转移到16c位置,同时, 3个新的锂原子也嵌入到尖晶石结构的16c位置, 从而发生尖晶石结构Li4Ti5O12向岩盐结构Li7Ti5O12的转变,伴随着3个Ti4 + 被还原为Ti3 + ,其中Li7Ti5O12的结构式可表示为 Li2( 16c)[Lil/3Ti5/3]( 16d) O4( 32e) 。
一般认为该两相转变的充放电机制遵循图2中所示的核壳模型,即锂嵌入时,钛酸锂颗粒表面逐渐形成高导电的岩盐相Li7Ti5O12层,嵌锂结束时,Li4Ti5O12完全转变为Li7Ti5O12;而当锂脱出时,Li7Ti5O12的表面又逐渐被所形成的低电子电导的Li4Ti5O12所覆盖,最终Li7Ti5O12完全转变为Li4Ti5O12。锂嵌入/脱出过程中,存在十分平坦的电位平台,平台电位为1. 55 V( vs Li/Li + )。该过程中晶胞参数从8. 3595变化到8. 3538,对应的晶胞体积变化仅为0. 2%,几乎可以忽略,因此钛酸锂也被称之为“零应变”材料。钛酸锂的这一特点使其具有非常高的结构稳定性,为其良好的充放电循环性能提供了基础。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
“电池行业正突破单一化学体系束缚,进入真正以用户需求为核心的多核时代。”宁德时代创始人曾毓群在今年4月的公开演讲中曾阐述上述观点。他强调,多核时代是宁德时代的新阶段,无论是追求极致性能,还是强调性价比,多核技术都能让定制化成为现实,消费者无需在续航、寿命、安全、快充等维度进行妥协
6月11-13日,“SNEC第十八届(2025)国际太阳能光伏与智慧能源大会暨展览会”在上海国家会展中心盛大启幕,行业盛会再次成为推动能源变革的核心舞台,格力钛新能源凭借在超高安全能源领域的深厚积累,携系列产品为全球能源转型呈上多元化、高安全的储能应用解决方案。核心电池技术领先,安全与性能双优
文|中关村储能产业技术联盟根据CNESADataLink全球储能数据库的不完全统计,2025年5月,国内新增投运新型储能项目装机规模共计6.32GW/15.85GWh,同比+193%/+228%。其中表前储能新增装机6.17GW/15.38GWh,同比+213%/+248%;用户侧储能新增装机150MW/473MWh,同比-19%/+14%。相较去年同期,一季度新增装机
3月4日,2025“北极星杯”储能影响力企业评选结果重磅揭晓,格力钛新能源凭借在数据中心钛酸锂UPS项目上的卓越表现,成功斩获“工商业储能解决方案供应商”奖项,这无疑是对格力钛在储能领域持续深耕、卓越贡献的又一高度认可。在工商业储能这一关键领域,企业对于能源安全保障及成本精细化管控方面极
2月26日,华能长江环保碳资产公司长兴电厂1号、2号机组储能辅助AGC调频项目PC总包招标公告,项目位于浙江省湖州市长兴电厂。本招标项目划分为1个标段,本次招标为其中的:18MW/6MWh钛酸锂储能PC总包工程采购标段,含设备(直流侧、交流侧、能量管理系统EMS、高低压开关柜成套设备、厂侧所有涉及本工程
北极星储能网讯:在全球能源加速向绿色、可持续转型的关键时期,储能行业作为支撑新能源发展的重要力量,正迎来前所未有的发展机遇。彭博新能源财经(BNEF)发布的2025年第一季度Tier1全球一级储能厂商榜,格力钛新能源凭借卓越的技术实力、可靠的产品质量和广泛的市场影响力,成功跻身其中,引发行业
北极星储能网获悉,1月20日,四川巴中科发能源建设有限公司发布410MW液冷磷酸铁锂/钛酸锂区域集中独立新型混合储能电站EPC+O招标。该项目位于巴州区盘兴陇桥片区,建设400MW/800MWh磷酸铁锂储能电站和10MW/20WMh钛酸锂储能电站,估算总投资约为101380.28万元,相当于整体造价1.236元/Wh。该项目为设计
北极星储能网获悉,1月15日,湖南中嶒能源有限公司在四川省成都市新都区发动机产业园隆重举行了年产15GWh钛锂高能动力电池生产线项目开工仪式。此次在成都市新都区即将开工建设的年产15GWh钛锂高能动力电池生产线项目,投资高达60亿元,项目规划建设十五条钛锂高能动力电池自动化生产线。据了解,中嶒
12月30日10时16分,随着四条集电线路相继合闸送电,由黄河公司建设管理的国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地)三期15万千瓦项目成功并网,标志着大庆基地圆满完成前三期项目建设,总装机容量增加至50万千瓦,实证实验方案达到380种,服务中国乃至全球光伏、储能产业健康高质量发展的作用进一步增强
北极星储能网获悉,根据CNESADataLink全球储能数据库,2024年11月,国内新增投运新型储能项目规模共计3.21GW/8.82GWh,同比+19%/+22%,功率规模环比增长49%。其中表前新增装机2.91GW/8.22GWh,功率规模环比增长39%,用户侧新增装机规模602MWh,创2024年以来新高。图12024年1-11月中国新增运行新型储能
今年以来,储能事故数量似有攀升之势。尤为值得注意的是,以往储能安全事故往往发生于户外场所,而今年的储能之火燃到了运输车辆、工厂厂房。随着更多储能应用在城市、人员密集场所,令业内对于储能安全的思考重新回归本源:是否有更安全的技术可以替代当前锂电池?part.1储能事故转向电池工厂未来电芯
2025年“赛程”过半,各大企业的固态电池项目也开始加速“冲刺”。6月下旬以来,亿纬锂能、孚能科技、国轩高科、赣锋锂业等头部企业先后官宣。而且,这次不只是半固态电池的“先锋”,而是全固态电池的预期量产。市场也再次陷入兴奋,并且不断开始向纵深挖掘“话题”。然而,整个产业链真的准备好了吗
广东瑞庆时代新能源科技有限公司(下称:瑞庆时代)锂离子电池集装箱产品下线仪式26日在广东肇庆举行。该产品的正式下线,标志着广东首个涵盖从电芯生产到电箱、电柜和集装箱系统集成全链条研发制造的新型储能产业基地建成。宁德时代新能源科技股份有限公司(下称:宁德时代)是全球领先的新能源创新科技公
6月25日,在发生火灾近三周后,汽车运输船“MorningMidas”号最终在当地时间6月23日16:35左右,沉没于水深约5000米的太平洋水域。经打捞运营商ResolveMarine表示,“恶劣天气和海水逐渐渗入船体,加剧了最初火灾造成的损害,最终导致该船沉没。”本月初,一艘载有3000多辆汽车的轮船在太平洋起火,当时
6月25日,云南施甸县政府发布《2025年1—5月施甸县经济运行总体平稳》一文。文章披露,1—5月份,全县全部工业发电量47631万千瓦时,同比增长39.4%。其中,火力发电量3087万千瓦时、下降0.4%,水力发电量1422万千瓦时、增长28.9%,太阳能光伏发电量23586万千瓦时、增长99.6%,风力发电19536万千瓦时、
作者:莫子鸣1饶宗昕1杨建飞1杨孟昊2蔡黎明1单位:1.同济大学汽车学院;2.同济大学材料科学与工程学院引用本文:莫子鸣,饶宗昕,杨建飞,等.锂离子电池过充热失控气热模型构建及关键参数影响分析[J].储能科学与技术,2025,14(5):1784-1796.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0262本文亮点:(1)构建了
6月23日,苏州市生态环境局发布受理环境影响报告书(表)情况的公示。其中,江苏都桐科技有限公司新建锂离子电池用再生黑粉生产及再生磷酸铁锂测试电芯研发项目在列,标志着这家“锂电新秀”进一步构建产业布局。江苏都桐科技有限公司,是一家成立于2024年8月22日的高新技术企业,位于江苏省苏州市
北极星储能网获悉,6月23日,国家市场监管总局关于发布电动平衡车等136种产品质量监督抽查实施细则的公告。其中包括电动汽车充电桩产品质量监督抽查实施细则、电子产品用锂离子电池和电池组产品质量监督抽查实施细则、电动汽车用动力蓄电池单体产品质量监督抽查实施细则。其中,电动汽车用动力蓄电池单
近日,福建龙岩市生态环境局就年产1GWh三维固态锂电池项目环评文件审批意见进行公示。文件显示,项目位于龙岩高新区(经开区)高陂镇平在村北环路,主要建设标准化厂房1栋7层、办公综合楼、原料库、产品库及配套建设环保工程和纯水制备、制氮相关辅助工程,用地面积27675平方米。项目以磷酸铁锂、NMP、
今天起,全国各地陆续公布2025年高考分数线,成绩“出炉”后,如何选择院校及专业?中关村储能产业技术联盟(CNESA)对当下热门专业——储能科学与工程进行了解读,包括专业特点、院校选择、就业前景与发展潜力、重点高校专业培养特色等方面进行了梳理和更新,供考生和家长决策参考。专业背景与战略意
退役锂电池,特别是退役动力锂电池,正在从“环境负担”蜕变为战略资源。随着全球新能源产业的加速发展,退役锂电池这座“城市金矿”,正引发各国在回收网络、技术标准和资源循环利用上的激烈博弈。不过,近日央视新闻报道,“目前我国动力电池回收行业存在一个普遍困境:合规企业守规矩却难赚钱,不合
作者:汪红辉1,3李嘉鑫1,3储德韧1,2,3李彦仪1,3许铤2,3单位:1.上海化工研究院有限公司;2.上海化工院检测有限公司;3.工信部工业(电池)产品质量控制和技术评价上海实验室引用本文:汪红辉,李嘉鑫,储德韧,等.磷酸铁锂电池存储失效机理及热安全性研究[J].储能科学与技术,2025,14(5):1797-1805.DOI:10.1
内蒙古华电氢能科技有限公司实施的工业天然气掺烧绿氢示范项目天然气掺烧绿氢排放物降低20%以上!这一突破性成果不仅有效助力自治区绿氢“制储输用”全产业链发展,同时也为包头市零碳能源转型注入强劲动能。在华电氢能工业天然气掺烧绿氢示范项目现场,各类设备有条不紊地运转着,制氢站集控室内,工
最近《人民日报》通过专访任正非对外释放了重要信号。其中也讲到了,AI竞争的背后,是要有充足的电力、发达的信息网络,而中国有这样的优势。可以说,AI的尽头是算力,算力的尽头是电力,这已成为科技行业的共识。本期「电网深谈」邀请了阿里云能源行业首席架构师黄振、浙江省电力负荷管理中心孙钢、浙
为进一步贯彻落实《氢能产业发展中长期规划》要求,引导行业健康有序发展,国家能源局组织行业相关机构和专家编制了《中国氢能发展报告(2025)》(以下简称《报告》)。4月28日,国家能源局能源节约和科技装备司副司长徐继林在解读《报告》时称,发展氢能产业对加快规划建设新型能源体系,实现碳达峰
北极星氢能网获悉,6月20日,象山县人民政府发布了《关于印发象山县低空经济“百岛千航”实施方案(2025—2030年)的通知》。《通知》提出:主要目标产业发展初具规模。培育壮大一批具有市场竞争力的低空经济企业,着力构建以生产重载长航时低空运载器为主体,以低空安全监测、数据通信及动态感知一体
今年6月25日是全国低碳日,主题是“碳路先锋、绿动未来”。近年来,江苏积极践行绿色低碳理念,有效发挥城市、园区、企业等不同主体的主动性和创造性,探索行之有效的经验做法,形成了一批可操作可复制可推广的发展模式和典型经验。现推出江苏绿色低碳发展创新实践企业篇:南京钢铁股份有限公司南钢积
北极星氢能网获悉,6月18日,龙海区人民政府与厦门大学嘉庚创新实验室就“海上未来能源科学中心——厦漳海岛绿氢科研示范工程”进行签约,双方将打造可再生能源与氢能全方位综合利用解决方案和示范场景,共同开展关键技术攻关、高层次复合型人才培养和产业应用示范推广工作。据悉,该项目选址落地龙海
6月27日,云南勐腊县2025年第一批集中式光伏发电项目投资主体优选中选结果公布,中标人为华能澜沧江水电股份有限公司。本项目划分为3个标段,项目规模合计340MW,项目建成时限均为8个月,项目投资人负责项目的开发、并网投产的全部资金筹措,项目建设过程中的招投标管理、项目建设管理、项目并网、运营
6月25日,宁德时代与浙江省海港投资运营集团有限公司(以下简称“浙江省海港集团”)在宁德签署战略合作协议。双方将聚焦低碳港区与园区建设、船舶电动化、港口机械设备电动化和重卡充换电、仓储物流、电池回收等方面,共同探索并实践港口物流领域的“产业新能源化”发展路径,助力港口智慧绿色转型。
在祖国北疆,内蒙古乌兰察布广袤的大地上,成片的光伏板如蓝色海洋泛起涟漪。不远处,一排近百米高的风电机组擎天而立,勾勒出一幅壮美的绿色画卷。四个月前,蒙西电力现货市场转入正式运行。作为全国首个实现新能源全电量入市的现货市场,蒙西地区以“发用双侧全电量参与”“日前预出清+实时市场”等
为推动国家能源规划、政策和项目落实,按照国家能源局规划监管工作要求,湖南能源监管办建立健全湖南“十四五”能源规划重点项目建设进度监测机制,分月开展监测分析,督促协调重点项目按规划推进落实。现将2025年6月监测情况简要通报如下:截至2025年5月底,纳入监测机制的能源建设项目计划投资共3395
近期,多座储能电站获最新进展,北极星储能网特将2025年6月23日-2025年6月27日期间发布的储能项目动态整理如下:国内首座大型锂钠混合储能站黑启动试验成功近日,南方电网公司在位于文山壮族苗族自治州的国内首座大型锂钠混合储能站——丘北县宝池储能站圆满完成国内规模最大、电压等级最高的构网型储
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!