【精品文章】一文认识锂电池负极材料钛酸锂
钛酸锂电池核心材料
钛酸锂电池核心材料
钛酸锂电池的核心材料主要包括钛酸锂负极材料、锂盐、有机溶剂和添加剂。
这些材料在电池中起着至关重要的作用，影响电池的性能和寿命。
1. 钛酸锂负极材料：钛酸锂是一种具有高锂离子扩散系数和优良的循环性能的负极材料。
它能够提供更高的能量密度和更长的电池寿命。
此外，钛酸锂还具有优良的安全性能和稳定性，因此被广泛应用于动力电池和储能电池等领域。
2. 锂盐：钛酸锂电池中的锂盐主要起提供锂离子的作用，是构成电池正负极之间电化学反应的关键物质。
常见的锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等。
3. 有机溶剂：有机溶剂是构成电池电解液的重要成分之一。
它能够传递锂离子，并在正负极之间形成离子通道，使电池能够进行正常的充放电。
常见的有机溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯等。
4. 添加剂：添加剂主要用于改善电池的性能和稳定性，提高电池的安全性和寿命。
例如，一些添加剂可以增加电解液的电导率、抑制枝晶生长、提高电池的循环性能等。
这些核心材料的性能和质量对钛酸锂电池的性能和寿命具有重要影响。
因此，研究和开发更高效、更安全、更环保的钛酸锂电池核心材料是当前电池技术领域的重要研究方向之一。
钛酸锂负极锂离子电池
钛酸锂负极锂离子电池1、钛酸锂负极锂离子电池的工作原理简介：钛酸锂负极锂离子电池主要有正极材料、电解质、隔膜和负极钛酸锂(Li4Ti5O12)材料组成。
锂离子电池正极材料一般由能够可逆脱嵌锂离子的活性物质锰酸锂（LiMn2O4）组成，锰酸锂具有价格便宜（3-4万元/吨），工作平台电压高的特点；负极是钛酸锂材料；钛酸锂材料理论比容量为175 mAh/g，实际比容量大于160mAh/g。
钛酸锂材料有独特的优势;如具有循环寿命长，高稳定性能；放电平台可达1.55V，且平台非常平坦；Li4Ti5O12是一种“零应变材料”，锂离子具有很好的迁移性。
这种零应变性使其在锂电池负极材料中倍受关注。
隔膜是现在以碳作负极的锂电池隔膜；电解液是以碳作负极的锂电池电解液；电池壳是以碳作负极的锂电池壳钛酸锂负极锂离子电池的工作原理可描述为：锂离子电池在充电时，锂离子从正极中脱出，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；然后放电时，锂离子从负极中脱出，同样通过电解质和隔膜，再嵌入到正极中。
如此反复循环，由于锂离子在正、负极中有可以容纳的相对固定的空间和位臵，保证了电池充放电反应具有很好的可逆性，从而也在一定程度上保证了电池的循环寿命和安全性能。
钛酸锂负极锂离子电池实质上是一种锂离子浓差电池，正负极材料由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。
充电时，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿从外电路供给到碳负极，保证了负极的电荷平衡。
放电时则正好相反，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。
在正常的充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只会引起层面间距的变化，不会破坏晶体的结构；在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。
因而，从充放电的循环可逆性看，锂离子的电池反应是一种理想的可逆反应，锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物和锂离子的浓度有关。
2.钛酸锂Li4Ti5O12结构及性能空间群属于Fd3m，尖晶石结构，电位1.55V vs Li+/Li理论容量175mAh/g零应变材料 836pm-837pm合成方法：Li2CO3(稍过量)、TiO2(化学计量比)和活性炭混合，以无水乙醇作为分散剂，混合物用球磨机球磨24h，制得前驱体。
钛酸锂——新型锂离子电池负极材料
■ 文／程 少博 贾晓 林
郑州大学材料科 学与工程 学院
近 ２ 年来 ， ０ 随着 交通 、 通讯和信 息
嵌 锂 多 元 过 渡金 属 复 合 型 正 极 材 料 发展 迅速 ， 尤其 是层 状 嵌锂 三 元过 渡 金 属 协 同 的复 合 氧 化 物 镍 钻 锰 酸 锂 （ Ｎｉ ３ １Ｍｎ ／ ２与现在 占据市 Ｌｉ １ Ｃｏ／ １ Ｏ ） ／ ３ ３ 场 的Ｌｉ Ｏ 相 比 ， ＣＯ 具有 比容 量 高 、 价 格低、 环境 友 好 、 全性 高 等优 势 ， 安 是
理 论 比容 量 为 １５ ７ ｍＡｈ／ 生 成 的 ｇ， Ｌｉ Ｌｉ ） 晶 胞参 数ａ Ｔｉ ０ 的 （ ／ ／ 变化 很
／ ， 从 ０ ８６ Ｊ 仅 、 ．３ ｎｍｔ ￣加 到 ０ ８ ７ ．３ｎｍ。
池 ， 有能量 密度和 功率密度 高 、 作 具 工
电压高、 自放 电率低 、 无记 忆效 应、 循环 寿命 长、 无污 染等独 特优势 ， 迅速 发展 成一 种重要 的 电池类 型。 目前 ， 锂离 子 电池正 以惊人的速度 向前发展。 目前 ， 离 子 电池 正极 材 料 的研 锂
一
容量 的 ８ ％， 电结 束 时 电位 迅速 上 ５ 充 升， 此特性可用 于指示 终止充 电， 以 可
避免过充电， 因此Ｌｈ ： Ｔｉ 负极 的安 Ｏ。
Ｍ ． ａ ｅａ ￣ Ｇ ｎ ｓｎ ］ ８ 等用固相快速冷 却法 制
备 了纳米级Ｌｉ ２ 此法 将Ｔｉ 和 Ｏ１ ； Ｔｉ Ｏ２
体， 其结 构与尖 晶石 型Ｌ Ｍｎ０ 的结构 ｉ ２４
相 似 ， 间点 阵群 为Ｖ ３ 晶胞参 数ａ 空 ｄ ｍ， 为 ０８ ４ｍ。 摩 尔（ １的 钛 酸 锂 ． ６ｎ 每 ３ ｍｏ） ￣ ｉＬ。 ｉ３ ４ （ 式） 多只能 Ｌ （ ｉ３ ５） ］ 最简 ／ ／ｏ Ｔ 最 插入 ｌ ｌ （ｉ；ｉ ｉ３ ％ ） ４ ｍｏ的锂 Ｌ ）Ｌ （ ｌＴ ／ ｏ的子位于四面体 ８位 Ｏ ａ 置， 钛离子和剩余的锂 离子分布 于八 面
钛酸锂电池负极材料的优点和缺点
钛酸锂电池负极材料的优点和缺点
一、钛酸锂定义：
1、钛酸锂为化合物，白色粉末状，熔点1520～1564℃，不溶于水，有很强的助熔性质。
可用于含钛釉原料，用量少即具有助熔性质，可用做助熔剂。
2、在皮肤和眼睛上可引起发炎，没有已知的敏化作用。
通常对水体有轻微有害作用，不能将未稀释的或大量产品接触地下水、水道或污水系统，未经政府许可不能将材料排入周围环境。
二、钛酸锂优点：
1、它为零应变材料，循环性能好；
2、放电电压平稳，而且电解液不致发生分解，提高锂电池安全性能；
3、与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s)，可高倍率充放电等；
4、钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础。
三、钛酸锂缺点：
1、比容量比其他的金属基材料低很多。
理论容量175mAh/g；
2、导电性差，大电流放电极化比较严重，因而高倍率下性能不佳；
3、作为电池材料其振实密度比较低，单位体积的容量较小。
四、钛酸锂合成方法：
1、将等物质量的偏钛酸和氢氧化锂，经过滤、分离、干燥制得。
2、可用适量的TiO2和Li2CO3一起加热至约950℃来制取。
3、分散采用叁星飞荣立式砂磨机可以分散成纳米级别细度。
五、储存方法：放置在常温密闭，阴凉通风干燥处，避光，不能与明火接触。
钛酸锂电池优缺点
钛酸锂电池优缺点钛酸锂技术路线发展多年，并非新技术。
钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多项优异的性能而受到重视开始于20世纪90年代后期。
钛酸锂材料具有稳定的三维晶体结构，在充放电过程中材料结构几乎不发生变化，因此被称为“零应变材料”，可避免因热失控导致电池起火、爆炸等隐患。
同时，人家是锂电中寿命最长、安全度最高的电池。
钛酸锂电池优缺点：1．它是一种零应变材料，具有良好的循环性能；2．放电电压稳定，电解液不分解，提高了锂电池的安全性能；3．与碳负极材料相比，钛酸锂具有较高的锂离子扩散系数（2＊10－8cm2／s），可以高速充放电。
4．钛酸锂电位高于纯金属锂，难以产生锂枝晶，为保障锂电池安全提供了依据；5．零应变负极，结构稳定，可以承受很大的倍率，寿命长（或者负极材料本身不会成为影响寿命的短板）；6．电位高，最低电位高于锂分离电位，无需担心锂分离带来的安全风险；7．材料本身热分解温度高，安全性好；8．温度范围大，低温性能特别好，可达－40。
全新银隆2.3V30AH35AH40AH45AH钛酸锂电池储能动力锂离子圆柱电芯 2.3V30Ah¥216.12京东购买钛酸锂电池的缺点：1．与其他类型的锂离子动力电池相比，能量密度会更低；2．胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用；3．与其他类型的锂离子动力电池相比，价格更高；4．电池一致性还是有差异的，会随着充放电次数的增加而逐渐增加；5．最致命的缺点就是贵。
二氧化钛和石墨，你能感觉到。
电池的价格比铁锂石墨贵3倍以上；6．无应变材料，压实密度低：同时电压高，导致整个电池电压平台低。
最终，能量密度太低；7．相同能量密度下的安全性：为了达到相同的能量密度，钛酸锂高镍和石墨铁锂的比例会使安全性变差。
虽然钛酸锂本身是安全的，但瓶颈会变成别的东西（比如正极）；8．倍率方面没有明显优势：目前锂铁快充可实现5－6C充放电，基本达到钛酸锂电池目前水平。
钛酸锂的优势范围是5－10C，但此时热度、充电器、正极将成为瓶颈。
钛酸锂及其在锂离子动力电池中的应用
图 4 阿尔泰公司钛酸锂电池的预测循环性能曲线 在 2007 年 12 月 2～5 日举行的“EVS23”上，阿尔泰公司又公布了它们公司目前钛酸锂电池的性能，
结果如图 5 所示。可以看出，电池的循环性能、倍率放电性能以及低温放电性能都非常优异。
图 5 阿尔泰公司目前钛酸锂电池的性能曲线 美国 EnerDel 公司在 AABC-07 上展出了负极使用 Li4Ti5O12 的混合动力车锂离子充电电池，该电 池单元的特点是，正极使用安全性很好的 LiMn2O4 的同时，负极使用了安全性更高的 Li4Ti5O12，安全
能力达到月产电池单元 100 万块。
图 8 东芝的电池和高倍率循环性能曲线材料研发现状
虽然国内外很多的大专院校、科研院所以及公司企业都在进行钛酸锂的研究，但能提供样品的单位不 多。目前国内只有深圳的两家公司以及台湾的一家公司可以提供样品。这些公司的样品中，深圳 A 公司的 样品是经过包碳处理的，外观为黑色粉末；其余几家公司的样品为纯钛酸锂白色粉末。表 1 为各公司样品
ming years, Li4Ti5O12 battery most likely will be firstly applied in HEV.
Key words: lithium titanate, lithium-ion battery, traction battery, application
尖晶石钛酸锂及其在锂离子动力电池中的应用
摘要：作为一种新型锂离子电池负极材料，尖晶石钛酸锂（Li4Ti5O12）具有使用寿命长、安全性高和热 稳定性好等特点，因此被作为锂离子动力电池的负极材料而广泛研究。本文对 Li4Ti5O12 的研发现状及应 用情况做了介绍，并对 Li4Ti5O12 的研发应用方向做了展望，认为目前 Li4Ti5O12 的主要研究方向是提 高倍率性能，包覆碳是提高倍率性能的有效途径。应用方面，在未来几年 Li4Ti5O12 电池最有可能作为 H
钛酸锂负极材料
4.钛酸锂极片SEM
压实密度为1.9极片
钛酸锂极片SEM
压实密度为2.0极片
钛酸锂极片SEM
压实密度为2.2极片
钛酸锂极片SEM
压实密度为2.6极片
钛酸锂负极材料
1、钛酸锂产品 具备的差异化竞争优势
1、倍率性能好 2、加工性能好 3、与PC电解液相容性好
2. 钛酸锂的应用情况 钛酸锂产品的主要应用领域
1、当与4V的正极材料(LiMn2O4 ，LiCoO2)组成电池时 工作电压接近2.5 V，是镍金属氢化物电池的2倍。当 与Li3V2(PO4)3可以组成性能优异的动力锂离子电池。 2、在25℃下，Li4Ti5O12的化学扩散系数为2×108cm2/s，比碳负极材料中的扩散系数大一个数量级。 高的扩散系数使得该负极活性材料可以用在快速、多 次循环脉冲电流的设备中，如GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统）或 PNGV ( Partnership for a New Generation of Vehicles，新一代汽车合作计划 )。 3、 Li4Ti5O12作为电池负极材料，相对于石墨等碳材料来 说，具有安全性好、可靠性高和寿命长等优点，因此 可能在电动汽车、储能电池等先将钛酸锂在150℃下烘8h，冷却备用。 将63g PVDF溶解在1.65kg NMP中，快速搅拌 至PVDF完全溶解，添加63g Spuer-P，快速搅 拌1h，加入1.5kg钛酸锂，中速搅拌3h，再慢 速搅拌1h，过150目筛，然后开始涂布。 将钛酸锂极片的面密度调至 170~200g/m2 ，烘干后用辊压机将极片的压 实密度压至1.8~2.0g/m3 ，然后做电池。 正极最好用磷酸铁锂、三元材料和锰酸锂 来匹配，其次是磷酸钒锂、钴酸锂。
钛酸锂负极材料产品资料介绍
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四、钛酸锂—帮助客户解决问题
1. 提高电池的安全性能； 2. 提高电池的倍率性能；
3. “零应变材料”，循环寿命长；
4.与PC电解液相容性好。
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钛酸锂产品 SEM
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钛酸锂产品模拟电池循环数据图
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钛酸锂产品模拟电池充放电曲线
我司的开发思路是先在原料中掺杂一些元 素提高其导电性，然后将原料磨至纳米颗粒然 后二次造粒成球，烧结后得到很多纳米级孔隙 的球形钛酸锂，以期提高其倍率性能。
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二、钛酸锂产品的工艺流程
原料称量
液相混合
超细化处理
融合处理
焙烧处理
球形化处理
筛分
包装
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钛酸锂产品 XRD
12000
10000
Diffraction intensity
8000
6000
4000
2000
0 20 40 60 80 100
Diffraction angle/degree
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七、BTR钛酸锂产品 具备的差异化竞争优势
1、倍率性能好 2、加工性能好 3、与PC电解液相容性好
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八. BTR-钛酸锂的应用情况 钛酸锂产品的主要应用领域
1、当与4V的正极材料(LiMn2O4 ，LiCoO2)组成电池时工 作电压接近2.5 V，是镍金属氢化物电池的2倍。当与 Li3V2(PO4)3可以组成性能优异的动力锂离子电池。 2、在25℃下，Li4Ti5O12的化学扩散系数为2×10-8cm2/s， 比碳负极材料中的扩散系数大一个数量级。高的扩散 系数使得该负极活性材料可以用在快速、多次循环脉 冲电流的设备中，如GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统）或PNGV ( Partnership for a New Generation of Vehicles，新一 代汽车合作计划 )。 3、 Li4Ti5O12作为电池负极材料，相对于石墨等碳材料来 说，具有安全性好、可靠性高和寿命长等优点，因此 可能在电动汽车、储能电池等方面得以应用。
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一文认识锂电池负极材料钛酸锂
目前，在国家大力倡导开发新能源及其相关产业的大环境下，钛酸锂以其优异的安全性、超长循环性能、快速充放电和超宽的高/低温性能，成为新型锂离子电池的负极材料研究热点，其应用前景也不断拓展。
一、钛酸锂概述
钛酸锂（Li4Ti5O12）是一种由金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物，属于AB2X4系列，可被描述成尖晶石固溶体。
Li4Ti5O12最大的特点就是其“零应变性”。
钛酸锂粉体及其SEM图片
所谓“零应变性”是指其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，小于1%。
在充放电循环中，这种“零应变性”能够避免由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少循环带来的比容量衰减，具有非常好的耐过充、过放特征。
钛酸锂作为锂电池负极材料的优缺点：
二、钛酸锂制备方法
目前，钛酸锂制备方法主要有固相反应法、溶胶-凝胶法及水热离子交换合成法等。
选择不同的制备方法会导致钛酸锂粉体不同的晶体形貌，从而影响其电化学性能。
所以合成方法的选择与钛酸锂电池的电化学性能之间有着密切的联系。
三、钛酸锂改性方法
钛酸锂作为锂电池负极材料存在本征电子导电能力偏低的缺点，影响了负极在放电状态时的导电率。
通过表面包覆或掺杂等方法能提高电极的表。