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鈦酸鋰電池是怎么工作的

鉅大LARGE  |  點擊量:277次  |  2023年10月27日  

鈦酸鋰離子電池由正、負極板(正極活性物質為三元鋰,負極為鈦酸鋰)、隔膜、電解質、極耳、不銹鋼(鋁合金)外殼等組成。正負極板是電化學反應的區域,隔膜、電解質供應Li的傳輸通道,極耳起到引導電流的用途。


電池充電時,Li+從三元鋰材料中遷移到晶體表面,從正極板材料中脫出,在電場力的用途下,進入電解液,穿過隔膜,再經電解液遷移到負極鈦酸鋰晶體的表面,然后嵌入負極鈦酸鋰尖晶石結構材料中。與此同時,電子流通過正極的鋁箱,經極耳、電池極柱、負載、負極極柱、負極耳流向負極的鋁箔電極,再經導電體流到鈦酸鋰負極,使電荷達至平衡。


電池放電時,Li從鈦酸鋰尖晶石結構材料中脫嵌,進入電解液,穿過隔膜,再經電解質遷移到三元鋰晶體的表面,然后重新嵌入到三元鋰材料中。與此同時,電子經導電體流向負極的鋁箔電極,經極耳、電池負極柱、負載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極,然后再經導電體流到三元鋰正極,使電荷達至平衡。


由此可見,鈦酸鋰離子電池基本原理,就是在充、放電的過程中,對應的鋰離子在正負極之間來回的嵌脫,完成電池的充放電和向負載的供電。鈦酸鋰離子電池的充放電示意圖如圖所示。


電池充電時,止極失去電子,鋰離子脫出,嵌入到負極中;負極嵌入鋰離子的同時得到電子成為富鋰態。放電時的過程正好相反。在Li+嵌入或脫嵌的反應過程中,鈦酸鋰(Li4Ti5012)是一種理想的嵌入型電極材料,Li+插入和脫嵌對材料結構幾乎沒有影響,因此被稱作零應變材料,從而保證了其良好的循環性能。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

鈦酸鋰存在兩種不同相的分子結構一Li7Ti5012與Li4Ti3012。出現Li7Ti5012的晶體結構與Li4Ti5012的晶體結構均為尖晶石結構,且晶格常數變化很小,同時體積變化也很小。能夠防止充放電循環中電極材料的來回伸縮而導致結構的破壞,從而提高電極的循環性能和使用壽命,減少了隨循環次數的新增而帶來容量的衰減,使鈦酸鋰具有優良的循環性能。



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