钛酸锂的介绍

1. 钛酸锂的介绍

化合物，其外观呈白色粉末状，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。1 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。

2. 钛酸锂电池的介绍

作为锂离子电池负极材料-钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。可以预见：钛酸锂材料在2－3年后，一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。钛酸锂电池工作电压2.4V，最高电压3.0V，充电电流大于2C。

3. 钛酸锂的新钛酸锂

 中文名称：新型钛酸锂 CAS：12031-95-7分子式：Li4Ti5O12分子量：459.1448颜色：白色新型钛酸锂为“零张力”材料，使电池寿命大大延长，充放电循环可达数千次以上。新研发的钛酸锂负极材料与锰酸锂正极材料的新型电池组已应用于风光互补的环保绿色照明系统之上。“传统的太阳能路灯用于储电的锂电池每两年就要更换一次，而用新型材料制成的锂电池使用寿命可达15年。”新型钛酸锂电极材料还可用于制造大型储能、动力锂电池，新型锂电池冲放次数远远高于传统锂电池。电动汽车也正是由于蓄电池存在问题而难以得到推广，比如普通的电动汽车可能使用两年后便需要换电池，而使用新型锂电池则可以使用至少10年以上，使电动汽车成本大大降低。 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。其空间点群为Fd3m空间群，晶胞参数a为0.836nm，为不导电的白色晶体，在空气中可以稳定存在。结构类似于反尖晶石:在一个晶胞中，32个氧负离子O2.按立方密堆积排列，占总数3/4的锂离子Li+被四个氧离子紧邻作正四面体配体嵌入空隙，其余的锂离子和所有钛离子Ti4+(原子数目1:5)被六个氧离子紧邻作正八面体配体嵌入空隙，因此其结构可以表示为Li[Li1/3Ti5/3]O4，Li4Ti5O12稳定致密的结构可以为有限的锂离子提供进出的通道。Li4Ti5O12固有的电子电导率为10-9S/CMLi4Ti5O12最大的特点就是其“零应变性”。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。 钛酸锂材料理论比容量为175 mAh g-1，实际比容量大于160mAh g-1。钛酸锂材料有独特的优势如：1.具有循环寿命长，高稳定性能；2. 放电平台可达1.55V，且平台非常平坦；3. Li4Ti5O12是一种“零应变材料”，锂离子具有很好的迁移性；4. 这种零应变性使其在锂电池负极材料中倍受关注。钛酸锂产品的技术指标：  项目  单位测量值检查械器型式D10μm0.63Malvern仪器公司MASTERSIZER2000D50μm1.44　　D90μm2.43　　振实密度g/ml1.68Quantachrome UPYC1000首次容量mAh/g166.34半电池测试柜首次效率%98　　 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。 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。

4. 钛酸锂的新钛酸锂

 中文名称：新型钛酸锂 CAS：12031-95-7分子式：Li4Ti5O12分子量：459.1448颜色：白色新型钛酸锂为“零张力”材料，使电池寿命大大延长，充放电循环可达数千次以上。新研发的钛酸锂负极材料与锰酸锂正极材料的新型电池组已应用于风光互补的环保绿色照明系统之上。“传统的太阳能路灯用于储电的锂电池每两年就要更换一次，而用新型材料制成的锂电池使用寿命可达15年。”新型钛酸锂电极材料还可用于制造大型储能、动力锂电池，新型锂电池冲放次数远远高于传统锂电池。电动汽车也正是由于蓄电池存在问题而难以得到推广，比如普通的电动汽车可能使用两年后便需要换电池，而使用新型锂电池则可以使用至少10年以上，使电动汽车成本大大降低。 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。其空间点群为Fd3m空间群，晶胞参数a为0.836nm，为不导电的白色晶体，在空气中可以稳定存在。结构类似于反尖晶石:在一个晶胞中，32个氧负离子O2.按立方密堆积排列，占总数3/4的锂离子Li+被四个氧离子紧邻作正四面体配体嵌入空隙，其余的锂离子和所有钛离子Ti4+(原子数目1:5)被六个氧离子紧邻作正八面体配体嵌入空隙，因此其结构可以表示为Li[Li1/3Ti5/3]O4，Li4Ti5O12稳定致密的结构可以为有限的锂离子提供进出的通道。Li4Ti5O12固有的电子电导率为10-9S/CMLi4Ti5O12最大的特点就是其“零应变性”。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。 钛酸锂材料理论比容量为175 mAh g-1，实际比容量大于160mAh g-1。钛酸锂材料有独特的优势如：1.具有循环寿命长，高稳定性能；2. 放电平台可达1.55V，且平台非常平坦；3. Li4Ti5O12是一种“零应变材料”，锂离子具有很好的迁移性；4. 这种零应变性使其在锂电池负极材料中倍受关注。钛酸锂产品的技术指标：  项目  单位测量值检查械器型式D10μm0.63Malvern仪器公司MASTERSIZER2000D50μm1.44　　D90μm2.43　　振实密度g/ml1.68Quantachrome UPYC1000首次容量mAh/g166.34半电池测试柜首次效率%98　　 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。 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。

5. 钛酸锂电池的特性

钛酸锂（LTO）材料在电池中作为负极材料使用，由于其自身特性的原因，材料与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出，因此普通的钛酸锂电池容易发生胀气，导致电芯鼓包，电性能也会大幅下降，极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。测试数据表明，普通的钛酸锂电池在经过1 500-2 000次左右的循环就会发生胀气的现象，导致无法正常使用，这也是制约钛酸锂电池大规模应用的一个重要原因。钛酸锂（LTO）电池性能改进是单个材料的性能的提升以及各关键材料的有机整合的综合体现。针对快速充电与长使用寿命的要求，除负极材料以外，还要针对锂离子电池的其他关键原材料（包括正极材料、隔膜、以及电解液），同时结合特殊的工程化工艺经验，最终形成了“不胀气”的钛酸锂LpTO电池产品，并首先实现了在电动公交客车上的批量应用。测试数据表明，在6C充电，6C放电，100%DOD的条件下，钛酸锂LpTO单体电池的循环寿命超过25 000次，剩余容量超过80%，同时电芯产生的胀气现象不明显，不影响其寿命；而重庆快速充电纯电动公交的实际应用情况也表明，在电池成组以后，电性能的表现也相当优异，可以保证纯电动公交客车的日常商业化运营。 采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择，其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关注.为了满足电动车辆对车载型离子动力电池的要求，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主要采用碳材料，但以碳做负极的锂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。 1、相对其他类型的锂离子动力电池能量密度会低一些。2、胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用。3、相对其他类型的锂离子动力电池价格偏高。4、电池一致性仍存在差异，随着充放电次数的增加电池一致性差异会逐渐增大。

6. 钛酸锂电池有什么样的应用及特点？

作为锂离子电池负极材料-钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。可以预见：钛酸锂材料在2－3年后，一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。钛酸锂电池工作电压2.4V，最高电压3.0V，充电电流大于2C。钛酸锂（LTO）材料在电池中作为负极材料使用，由于其自身特性的原因，材料与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出，因此普通的钛酸锂电池容易发生胀气，导致电芯鼓包，电性能也会大幅下降，极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。
测试数据表明，普通的钛酸锂电池在经过1 500-2 000次左右的循环就会发生胀气的现象，导致无法正常使用，这也是制约钛酸锂电池大规模应用的一个重要原因。  钛酸锂（LTO）电池性能改进是单个材料的性能的提升以及各关键材料的有机整合的综合体现。针对快速充电与长使用寿命的要求，除负极材料以外，还要针对锂离子电池的其他关键原材料（包括正极材料、隔膜、以及电解液），同时结合特殊的工程化工艺经验，最终形成了“不胀气”的钛酸锂LpTO电池产品，并首先实现了在电动公交客车上的批量应用。

7. 钛酸锂电池：一种用作锂离子电池负极材料钛酸锂

8. 钛酸锂电池技术现在遇到了什么瓶颈呢？

钛酸锂（LTO）材料在电池中作为负极材料使用，由于其自身特性的原因，材料与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出，因此普通的钛酸锂电池容易发生胀气，导致电芯鼓包，电性能也会大幅下降，极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。测试数据表明，普通的钛酸锂电池在经过1 500-2 000次左右的循环就会发生胀气的现象，导致无法正常使用，这也是制约钛酸锂电池大规模应用的一个重要原因。与常规锂离子电池不同，目前国内外生产的钛酸锂电池在成组投入应用一段时期后常会看到软包的单体电池内有微量的气体产生。这些气体与新鲜电池化成时产生的气体不同。前者能够通过电池生产工艺来去除。
但后者则是在电池使用过程中产生的，或者说在目前的工艺条件下很难避免。以软包电池为例，一般钛酸锂电池组是靠两端结实的夹板压力来保持电池极片之间的均匀接触以维持电流密度的均一性，无论产气与否。过多的气体产生显然会影响其性能发挥。这时东芝的铝壳钛酸锂电池就显示出其优越性了，硬壳可以将少量气体保持在电池内而不产生过大的形变。然而，铝壳电池做大之后(如50 Ah)硬体外壳抵御气压的功效也就减弱了。笔者认为，研究循环时气体产生的化学反应机理应该不失为一个很好的科研题目。另外，由于钛酸锂电池技术的优越性之一是其高功率性能。虽然电池本身可以承受大电流充放电，但厚的单体电池仍然不适于高功率应用因为电池太厚会造成大电流产生的热量难以散发。所以对大功率钛酸锂电池来说，尺寸大而薄的软包电池结构仍不失为一个合理的选择。