钛酸锂材料安全性能的优势

从电池机理角度来分析，锂离子电池的起火爆炸是由于锂离子电池热失控而产生的，根源主要是电极和电解液间在合适的条件下产生的剧烈的化学放热反应。目前商业化应用于锂离子动力电池的正极材料有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和锰酸锂等；负极材料主要有石墨或及其复合材料和钛酸锂等；电解液主要由有机溶剂和锂盐组成，隔膜的主要成分是聚丙烯、聚乙烯或两者的复合材料。

对于正极材料来说，磷酸铁锂发生热分解所需的温度最高，其分解所放出的热量最少，是目前安全性最好的正极材料。负极材料中，石墨负极与电解液的反应的温度最低，最容易与电解液发生反应，放出的热量最高，而钛酸锂负极发生分解反应的温度不仅高于石墨与电解液的反应，而且放出的热量远低于石墨反应放出的热量，因此钛酸锂材料的安全性远高于石墨负极。

除此之外，动力电池在充放电循环中，电池组成物质会发生一些物理和化学的变化而导致电池性能的衰退，这些变化将会在一定程度上影响电池的安全性。事实上，在电池出产后的实际使用中，电池的起火等事故时有发生。现有的对于未经循环的新鲜电池的安全性研究成果并不能完全解释事故的发生机理。不同材料、不同容量、不同设计电池循环过程中的电化学或耐滥用行为或许有所差异。根据所用负极材料的不同，目前市场上常见的动力电池分为两大类，碳负极体系和钛酸锂负极体系电池。

由于碳负极嵌锂后电位与金属锂的电位很接近，金属锂的沉积，一般发生在负极表面。锂离子在迁移到负极表面时，部分锂离子没有进入负极活性物质形成稳定的化合物，而是获得电子后沉积在负极表面成为金属锂，并逐步形成锂枝晶。随着循环次数的不断增加，内部极化加剧，锂枝晶随着锂离子电池的循环不断生长，可能会穿透隔膜，引起正负极短路。电池在经过近千次循环过后，由于电池材料结构的变化（不停的膨胀收缩）及副反应产物的堆积（析锂），碳负极表面出现了很多凸起。这种变化不仅影响了电极结构和活性，也会使隔膜受力变形，增大其受破坏的可能性。电池在短路、挤压、过充实验中极易发生热失控。

与碳负极材料相比，钛酸锂材料被称为“零应变材料”，稳定性高，具有更高的嵌锂电位（1.55Vvs.Li+/Li），从根本上消除了金属锂枝晶的产生，降低了电池发生内部短路的风险。钛酸锂与电解液之间的反应活性较低，几乎不生成SEI膜，因而具有很好的循环稳定性和安全性，其常温循环寿命可达25000次以上。在很高的温度下，钛酸锂能够吸收正极分解所产生的氧气，降低了热失控的风险，提高了电池的安全性。以钛酸锂取代碳材料作为锂离子电池的负极，为保障锂离子电池的安全、提高电池的循环性能和使用寿命提供了坚实的基础。