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。
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
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
北极星储能网获悉,11月12日,京威股份公告,根据公司发展规划,公司投资建设了锂电池项目,截至目前,锂电池产品技术验证已经完成,项目建设已经达到预期。为了提高公司零部件与锂电池两个业务板块的管理效率和业务核算,公司将锂电池项目从秦皇岛威卡威汽车零部件有限公司(以下简称“秦皇岛威卡威”
北极星储能网获悉,10月24日,吉林公主岭经开区管委会与湖南中嶒能源有限公司举行年产5GWh钛锂高能动力电池生产项目签约仪式。据了解,本次签约项目总投资25.25亿元,整体租用吉林公主岭经开区轻量化产业园,建设5条1GWh钛锂高能动力电池生产线,
北极星储能网讯,6月6日,香洲区三溪科创城在珠海金融科技中心举办零碳园区格力储能系统启用活动,据了解,这是珠海市首个园区级钛酸锂储能系统。该项目由2套560kW/1500kWh储能集装箱和1台1250kva变压器配制而成,总容量1.12MW/3MWh,采用本质安全的特色钛酸锂电芯,具有高安全、耐宽温、长寿命、高倍
随着电动化进程加快,在生活场景中所带来的电池安全问题,受到越来越多市民关注。在积极推广使用电动产品时,所搭载的电池是否足够安全,是市民选择与否的重要因素。格力钛电池以稳定的结构材质、足够安全的优越性能,将因电池安全问题所产生的事故扼杀在摇篮。
“吱吱吱”是蝉鸣的声音“哗哗哗”是海浪的声音“铛铛铛”是铛铛车的声音“叮叮当当”的清脆响声是铛铛车独有的旋律悠扬而动听满载着历史与情怀穿越时空的隧道格力钛新能源仿古铛铛车静静地停靠在岁月的街角诉说着它过往的故事……车身涂着深沉的青碧绿/真朱红历经风雨的洗礼显得古朴而庄重岁月留下的
在风景秀丽的庐山脚下,一道独特的风景线正在悄然形成…格力钛新能源仿古铛铛车驶入了江西省庐山景区,以其独特的外观为景区增添了新的魅力。文旅+交通融合新篇章总书记在江西考察时提出江西要坚定不移走生态优先、绿色发展之路,推动全面绿色转型,打造生态文明建设高地,做好“文旅+”“+文旅”融合
伴随着“铛铛铛”的铃声,格力钛新能源铛铛车出现在北京的大街小巷。早在十年前,格力钛新能源铛铛车就穿梭于北京的老街巷,经过岁月的沉淀与时代的变迁,十年光阴如白驹过隙。而今,北京这座古都再次选择格力钛新能源铛铛车,为城市的交通脉络注入新的活力与魅力。钛电池助北京安全出行2014年,北京首
北极星储能网获悉,据元禾能源消息,近日,元禾能源交付国家重点研发计划项目——“水运港-船多能源融合技术及集成应用”示范工程的钛酸锂储能系统设备。据悉,钛酸锂电池具备高倍率充放电能力、宽工作温度范围、超长循环寿命、本质安全等优势,可广泛应用于新能源发电、电网调峰、微电网等领域,特别
作者:周洪1,2(),俞海龙3,王丽平4,黄学杰3()单位:1.中国科学院武汉文献情报中心;2.中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系;3.中国科学院物理研究所;4.电子科技大学材料与能源学院引用:周洪,俞海龙,王丽平,等.基于BERTopic主题模型的锂电池前沿监测及主题分析研究[J].储能科学与技术,2025,14(
作者:张文婧肖伟伊亚辉钱利勤单位:长江大学机械工程学院引用:张文婧,肖伟,伊亚辉,等.锂离子电池安全改性策略研究进展[J].储能科学与技术,2025,14(1):104-123.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0579本文亮点:1.根据锂离子电池热失控机制,总结了在电池部件集流体上最具有创新性的改进方法:将集
北极星固废网获悉,3月4日,为推动再生资源循环利用,规范锂离子电池用再生黑粉原料、再生钢铁原料的进口管理,生态环境部研究制定锂离子电池用再生黑粉原料进口管理要求,并对《关于规范再生钢铁原料进口管理有关事项的公告》(公告2020年第78号)进行修订,形成《关于规范锂离子电池用再生黑粉原料、
作者:刘通1,3杨瑰婷1毕辉4梅悦旎1刘硕1宫勇吉3罗文雷2单位:1.空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所;2.军事科学院国防科技创新研究院;3.北京航空航天大学材料科学与工程学院;4.中国科学院上海硅酸盐研究所引用:刘通,杨瑰婷,毕辉,等.高能量密度与高功率密度兼顾型锂离子电池研究现状与展望[
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国锂离子电池回收拆解与梯次利用行业发展白皮书(2025年)》。EVTank数据显示,2024年中国废旧锂离子电池实际回收量为65.4万吨,同比仅增长5.0%,其中回收的磷酸铁锂电池及废料达到40.0万吨,占比继续提升至61.2%,三元锂电池及废料为24.3万吨,
北极星储能网获悉,3月4日,生态环境部公开征求关于规范锂离子电池用再生黑粉原料、再生钢铁原料进口管理有关事项的意见。其中提出,符合要求的锂离子电池用再生黑粉原料不属于固体废物,可自由进口。
作者:梅悦旎,屈雯洁,程广玉,向永贵,陆海燕,邵晓丹,张益明,王可单位:空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所引用本文:梅悦旎,屈雯洁,程广玉,等.锂离子电池正极补锂技术研究进展[J].储能科学与技术,2025,14(1):77-89.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0767本文亮点:1、本文对当前主流的正极
北极星储能网获悉,3月1日,福鼎时代锂离子电池生产基地5号超级工厂项目正式封顶,该项目以4个月零10天的建设时间,刷新了宁德时代土建阶段的最快建设速度。据了解,福鼎时代锂离子电池生产基地是宁德时代全球布局中的最大单体项目,总投资220亿,福鼎时代5号超级工厂项目厂房单体建筑面积达23万平方米
北极星储能网获悉,2月27日,工信部发布2024年全国锂离子电池行业运行情况。2024年,我国锂离子电池(下称“锂电池”)产业延续增长态势。根据锂电池行业规范公告企业信息和行业协会测算,全国锂电池总产量1170GWh,同比增长24%。行业总产值超过1.2万亿元。电池环节,1–12月消费型、储能型和动力型锂
2月20日下午,中国消防协会在京举行《数据中心锂离子电池消防安全白皮书》发布仪式暨数据中心锂离子电池安全应用技术论坛,正式发布《数据中心锂离子电池消防安全白皮书》。中国消防协会李引擎副会长宣布白皮书正式发布,中国消防协会副会长兼秘书长曹忙根、华为数字能源技术有限公司副总裁方良周分别
根据行业标准制修订计划,相关标准化技术组织已完成《锂离子电池正极材料单位产品能源消耗技术要求》等4项行业标准的制修订工作。在以上标准批准发布之前,为进一步听取社会各界意见,现予以公示,截止日期2025年3月14日。标准编号:SJ/T12001-2025标准名称:锂离子电池正极材料单位产品能源消耗技术要
北极星售电网获悉,3月14日,新疆电力交易中心发布关于征求《新疆电力市场管理委员会工作(议事)规则(征求意见稿)》等4个征求意见稿意见建议的通知。其中包括《新疆电力市场结算方案(修订稿)》部分修订条款。补充增加独立储能结算相关条款,明确独立储能充放电分别按照用电侧、发电侧进行结算。第
北极星储能网获悉,3月10日,中煤于田新能源有限公司成立,法定代表人为于建民,注册资本约8.4亿人民币,经营范围包括太阳能发电技术服务、新兴能源技术研发、储能技术服务等,由中国中煤旗下中煤电力有限公司全资持股。今年以来,中煤电力有限公司已成立中煤电力(哈密)新能源投资有限公司、中煤(南
北极星储能网获悉,3月11日,全球产能最大的短流程钒电解液制备项目在内江投运,这是四川发展(控股)公司贯彻落实国家“双碳”战略、加速布局新型储能战略性新兴产业的第一个重大产业化项目,标志着四川省储能产业建圈强链迈出新步伐。此次投产的年产60000m短流程钒电解液制备项目,采用自主研发的新
北极星储能网获悉,3月12日,四川宜宾组织申报2024年度新型储能项目补助。对宜宾市内纳入四川省新型储能示范项目且装机规模10万千瓦/20万千瓦时及以上的电网侧独立储能电站,按年度参与电网统一调度,单个项目每年最高补助400万元。对2024年以来在宜宾市内新建设投运且装机规模不低于100千瓦的用户侧储
2021年以来,储能市场风起云涌、群雄争霸,储能行业进入蓬勃发展阶段。与此同时,储能的“商业模式”与“收益率”也成为大家讨论的热点。而这个热点问题,离不开电力市场,可谓是储能收益“成也电力市场,败也电力市场”。仅凭一纸账单,虽能够得知储能收益情况,但这些数字背后的形成原因更值得我们挖
日前,澳大利亚能源市场运营商(AEMO)透露,在最近进行的新南威尔士州路线图竞争性招标中,将近14GWh长时储能系统成功中标。其中包括两个电池储能系统和一个位于Mudgee镇以西35公里的抽水蓄能发电设施(PHES),总计规模为1.03GW/13.79GWh。三个成功中标的储能项目分别是由Enervest公司拥有并运营的12
近日,2025年“北极星杯”储能影响力企业评选颁奖典礼在浙江杭州隆重举行。天合光能凭借前瞻性技术创新、卓越的系统集成能力以及出色的市场表现,荣获“储能影响力系统集成商”“储能技术创新企业”两大奖项,充分彰显其在储能全产业链的技术实力与在全球新能源赛道中的领跑地位。天合光能始终将科技创
近期,多座储能电站获最新进展,北极星储能网特将2025年3月10日-2025年3月14日期间发布的储能项目动态整理如下:1GW/2GWh!山东烟台储能中心项目开工近日,山东烟台举办春季高质量发展重大项目建设现场推进会,321个重点项目集中开工,其中包括烟台储能中心(西部)1GW/2GWh项目。据了解,山东烟台储能
国家能源局发布的数据显示,截至2024年年底,全国已建成投运的新型储能项目,累计装机规模达73.8GW/168GWh,较2023年底增长超过130%。平均储能时长2.3小时,较2023年底增加约0.2小时。从储能时长看,4小时及以上新型储能电站项目逐步增加,截至2024年年底装机占比为15.4%,较2023年底提高约3个百分点。
继订单调价后,赣锋锂电又一则消息引起广泛关注。赣锋锂业3月13日公告,赣锋锂电拟用自有资金以定向减资回购的方式,回购部分股东持有的赣锋锂电股份。本次赣锋锂电实施定向减资回购的股份数量拟不超过4.99亿股,对应的回购资金约16.00亿元。01对赌“败了”的锂王细究下来,赣锋锂电此举与公司上市遇阻
北极星储能网获悉,3月11日,广东肇庆市高要区人民政府印发《肇庆市高要区碳达峰实施方案》。其中提出,因地制宜拓展新型储能多元化应用,推进新能源发电配建新型储能,规划引导独立储能合理布局,鼓励用户侧储能发展。大力推进“新能源+储能”项目建设,落实“新能源+储能”标准配置政策,2023年7月1
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!