钛酸锂电池安全高效分析

　　钛酸锂电池——材料特性

　　钛酸锂电池——材料特性(一)

　　钛酸锂，Li4Ti5O12，面心立方尖晶石结构。常用的化合物分子式为AM2O4，空间群为Fd3m，晶胞参数a=0.836nm。

　　尖晶石结构对锂离子有一定的容纳空间，通俗来说一个钛酸锂能容纳3个锂离子。充放电时锂离子嵌入和脱嵌对钛酸锂材料的结构几乎没有影响，钛酸锂的晶型结构几乎无变化，a值仅从0.836nm增大到0.837nm。这种现象被称为“零应变”，因此钛酸锂也被称为“零应变材料”。

　　钛酸锂电池——材料特性(二)

　　安全性——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池(一)

　　钛酸锂(LTO)

　　充电电位平台稍负于1.55V，即使在充电后期、低温或高倍率充电的情况下，此负极的电位也不会达到锂离子还原成金属锂的电位，不会产生析锂引发的安全事故。

　　其他锂电池

　　嵌锂的电位约为0.1V，在低温、高倍率充电时易在负极表面析出锂金属，一定程度便会刺破隔膜，造成电池内部短路，产生爆炸等严重危害人身安全。

　　安全性——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池(二)

　　钛酸锂(LTO)

　　1)发生短路故障时欧姆阻抗急剧增加，抑制放电反应，不会引起过大的瞬间电流和温度上升;

　　2)LTO本身均不可燃;

　　上述两点保证了电池的安全性。

　　其他锂电池

　　1)易发生内短路事件;

　　2)其本身具备可燃性;

　　上述两点极易引发电池爆炸等重大安全事故。

　　工作温度范围——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池

　　可以看出：与其他电池相比，钛酸锂电池的温度特性更为优异。

　　由于钛酸锂电池在高温、低温环境中均可以达到安全使用，也体现出其耐宽温(尤其耐低温)的重要优势。而普通石墨类负极电池在温度低于-20度时能量就开始衰减，-30度时充电容量仅为充电总容量的14%，在严寒天气下根本无法正常工作。

　　循环寿命——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池

　　LTO：循环过程中体积变化仅为0.1%～0.3%，能避免充放电过程中因材料的伸缩变化而导致结构的变化，从而提高电极的性能和减少比容量的大幅度衰减;循环过程不产生SEI膜。东芝、盟固利等提供的材料显示循环寿命不少于10000次。

　　其他锂电池：循环过程中有约10% 的体积膨胀;在电极表面产生一层SEI钝化膜。这两者均会减少其循环寿命。

　　钛酸锂电池——倍率特性

　　充电效率和成本——钛酸锂(LTO) VS 其他锂电池

　　注：其他锂电池以磷酸铁锂电池(LFP)为例

　　钛酸锂电池具备大倍率充放电的特性，充电倍率为磷酸铁锂的3倍(无热管理情况下)，以 100Ah磷酸铁锂和60Ah钛酸锂，100A放电，工作10小时为例：

　　LFP：充电2.5h，充电时间=[10/(1+2.5)]*2.5=7.12h

　　LTO：充电1/3h(3C充电)，放电一次0.625h，

　　充电时间=[10/(1/3+0.625)]*1/3=3.43h

　　①钛酸锂电池缩短充电时间，减少车辆配置，在繁忙的自动化市场，时间意味着金钱，工作效率提升带来的是成本的降低。

　　②钛酸锂电池循环寿命可达到12000次以上，寿命延长降低更换和维护的成本。

　　③钛酸锂具备良好的温度适应性、倍率特性、长寿命特性，可适应更多更恶劣的特种工作环境。

　　钛酸锂电池的优势

　　钛酸锂电池优势：

　　① 具备高安全性，在极端情况下(针刺、挤压、跌落、火烧等)电池不起火不爆炸;

　　②具备很好的高低温特性，在低温情况下优异与其他锂电池;

　　③具备很好的循环寿命12000次以上;充电快，最高可达8C倍率充放电;

　　④良好的循环寿命和高倍率充放电可以提高运行效率，降低运营成本。

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