钛酸锂离子电池放电原理以及优缺点介绍

钛酸锂离子电池放电原理

钛酸锂离子电池由正、负极板（正极活性物质为三元锂，负极为钛酸锂）、隔膜、电解质、极耳、不锈钢（铝合金）外壳等组成。正负极板是电化学反应的区域，隔膜、电解质供应Li的传输通道，极耳起到引导电流的用途。

电池充电时，Li+从三元锂材料中迁移到晶体表面，从正极板材料中脱出，在电场力的用途下，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到负极钛酸锂晶体的表面，然后嵌入负极钛酸锂尖晶石结构材料中。与此同时，电子流通过正极的铝箱，经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铝箔电极，再经导电体流到钛酸锂负极，使电荷达至平衡。

电池放电时，Li从钛酸锂尖晶石结构材料中脱嵌，进入电解液，穿过隔膜，再经电解质迁移到三元锂晶体的表面，然后重新嵌入到三元锂材料中。与此同时，电子经导电体流向负极的铝箔电极，经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极，然后再经导电体流到三元锂正极，使电荷达至平衡。

钛酸锂离子电池的优缺点

优点：

采用电动汽车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择，其中锂离子动力锂电池引起了研究者的广泛关注。为了满足电动汽车辆对车载型离子动力锂电池的要求，研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点。

商业化的锂离子电池负极重要采用碳材料，但以碳做负极的锂离子电池在应用上仍存在一些弊端：

1、过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂离子电池的安全性能;

2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大;

3、即碳材料的平台电压较低（接近于金属锂），并且容易引起电解液的分解，从而带来安全隐患。

4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。

与碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5O12具有明显的优势：

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，提高锂离子电池安全性能;

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，不易出现锂枝晶，为保障锂离子电池的安全供应了基础。

缺点：

1、相对其他类型的锂离子动力锂电池能量密度会低一些。

2、胀气问题一直阻碍着钛酸锂离子电池的应用。

3、相对其他类型的锂离子动力锂电池价格偏高。

4、电池一致性仍存在差异，随着充放电次数的新增电池一致性差异会逐渐增大。