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鈦酸鋰離子電池是怎么工作的

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:594次  |  2020年12月01日  

鈦酸鋰離子電池由正、負(fù)極板(正極活性物質(zhì)為三元鋰,負(fù)極為鈦酸鋰)、隔膜、電解質(zhì)、極耳、不銹鋼(鋁合金)外殼等組成。正負(fù)極板是電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域,隔膜、電解質(zhì)供應(yīng)Li的傳輸通道,極耳起到引導(dǎo)電流的用途。


電池充電時(shí),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(jìn)入電解液,穿過隔膜,再經(jīng)電解液遷移到負(fù)極鈦酸鋰晶體的表面,然后嵌入負(fù)極鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中。與此同時(shí),電子流通過正極的鋁箱,經(jīng)極耳、電池極柱、負(fù)載、負(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的鋁箔電極,再經(jīng)導(dǎo)電體流到鈦酸鋰負(fù)極,使電荷達(dá)至平衡。


電池放電時(shí),Li從鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中脫嵌,進(jìn)入電解液,穿過隔膜,再經(jīng)電解質(zhì)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(shí),電子經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的鋁箔電極,經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、負(fù)載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極,然后再經(jīng)導(dǎo)電體流到三元鋰正極,使電荷達(dá)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(yīng)的鋰離子在正負(fù)極之間來回的嵌脫,完成電池的充放電和向負(fù)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(shí),止極失去電子,鋰離子脫出,嵌入到負(fù)極中;負(fù)極嵌入鋰離子的同時(shí)得到電子成為富鋰態(tài)。放電時(shí)的過程正好相反。在Li+嵌入或脫嵌的反應(yīng)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(jié)構(gòu)幾乎沒有影響,因此被稱作零應(yīng)變材料,從而保證了其良好的循環(huán)性能。


鈦酸鋰存在兩種不同相的分子結(jié)構(gòu)一Li7Ti5012與Li4Ti3012。出現(xiàn)Li7Ti5012的晶體結(jié)構(gòu)與Li4Ti5012的晶體結(jié)構(gòu)均為尖晶石結(jié)構(gòu),且晶格常數(shù)變化很小,同時(shí)體積變化也很小。能夠防止充放電循環(huán)中電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞,從而提高電極的循環(huán)性能和使用壽命,減少了隨循環(huán)次數(shù)的新增而帶來容量的衰減,使鈦酸鋰具有優(yōu)良的循環(huán)性能。


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