Einführung in das Prinzip und die Zusammensetzung der Lithiumtitanat-Batterie

Prinzip der Lithiumtitanat-Batterie

Die Lithiumtitanatbatterie besteht aus einer positiven und einer negativen Elektrodenplatte (das aktive Material der positiven Elektrode ist ternäres Lithium, die negative Elektrode ist Lithiumtitanat), einem Separator, einem Elektrolyten, einer Lasche und einem Außengehäuse aus rostfreiem Stahl (Aluminiumlegierung) . Die positiven und negativen Platten sind die Bereiche der elektrochemischen Reaktion. Die Membran und der Elektrolyt stellen einen Übertragungskanal für Li + bereit, und die Laschen leiten den Strom.

Wenn die Batterie geladen ist, wandert Li + vom ternären Lithiummaterial zur Kristalloberfläche und wird vom positiven Elektrodenmaterial getrennt. Unter Einwirkung der elektrischen Feldkraft tritt es in den Elektrolyten ein, passiert den Separator und wandert dann durch den Elektrolyten zum negativen Lithiumtitanatkristall. Die Oberfläche wird dann in ein negatives Lithiumtitanat-Spinellstrukturmaterial eingebettet. Gleichzeitig fließt der Elektronenfluss durch die Aluminiumfolie der positiven Elektrode und durch die Elektrode, den Batteriepol, die Last, den negativen Pol, die negative Elektrode zur Aluminiumfolienelektrode der negativen Elektrode und dann fließt durch den elektrischen Leiter zur negativen Lithiumtitanat-Elektrode, um die Ladung auszugleichen.

Wenn die Batterie entladen ist, wird Li + aus dem Lithiumtitanat-Spinellstrukturmaterial deinterkaliert, tritt in den Elektrolyten ein, passiert den Separator und wandert dann durch den Elektrolyten zur Oberfläche des ternären Lithiumkristalls und bettet sich dann wieder in das ternäre Lithium ein Material. Gleichzeitig fließen die Elektronen durch den elektrischen Leiter zur Aluminiumfolienelektrode der negativen Elektrode und durch die Elektrode, die negative Elektrodensäule, die Last, den positiven Pol und die positive Elektrode zur Aluminiumfolienelektrode der positive Elektrode der Batterie und fließen dann durch den elektrischen Leiter zur ternären positiven Lithiumelektrode. Halten Sie die Ladung im Gleichgewicht.

Es ist ersichtlich, dass das Grundprinzip der Lithiumtitanatbatterie darin besteht, dass während des Lade- und Entladevorgangs die entsprechenden Lithiumionen zwischen die positiven und negativen Elektroden eingeführt und entfernt werden, um das Laden und Entladen der Batterie und die Stromversorgung abzuschließen zur Last. Das Lade- und Entladediagramm des Lithiumtitanat-Akkus ist in der Abbildung dargestellt.

Wenn die Batterie aufgeladen wird, verliert die positive Elektrode Elektronen, die Lithiumionen werden eluiert und sie ist in die negative Elektrode eingebettet. Während die negative Elektrode mit Lithiumionen interkaliert ist, werden die Elektronen lithiumreich. Der Entladevorgang ist genau umgekehrt. Lithiumtitanat (Li4TI5O12) ist ein ideales eingebettetes Elektrodenmaterial während der Li + -Interkalation oder -Deinterkalation. Die Insertion und Deinterkalation von Li + hat wenig Einfluss auf die Materialstruktur und wird daher als "Zero Strain" -Material bezeichnet. Es garantiert eine gute Zyklusleistung.

Lithiumtitanat hat zwei verschiedene Phasen der Molekülstruktur - Li7TI5O12 und Li4TI5O12. Die Kristallstruktur von Li7TI5O12 und die Kristallstruktur von Li4Ti5O12 sind beide Spinellstrukturen, und die Gitterkonstante ändert sich wenig, und die Volumenänderung ist ebenfalls gering. Es kann die Struktur des Elektrodenmaterials im Lade- und Entladezyklus vermeiden, was zur Zerstörung der Struktur führt, wodurch die Zyklusleistung und die Lebensdauer der Elektrode verbessert werden und die durch die Erhöhung der Anzahl der Zyklen verursachte Kapazitätsdämpfung verringert wird und die Herstellung des Lithiumtitanats weisen eine ausgezeichnete Zyklusleistung auf. .

Struktur der Lithiumtitanatbatterie

Positive Elektrode: lithiumeisenphosphat, Lithiummanganat oder ternäres Material, Lithiumnickelmanganoxid.

Negative Elektrode: Lithiumtitanatmaterial.

Membran: Lithium-Batterietrenner mit Kohlenstoff als negativer Elektrode.

Elektrolyt: Ein Lithiumbatterie-Elektrolyt, der Kohlenstoff als negative Elektrode verwendet.

Batteriefach: Ein Lithium-Batteriegehäuse mit Kohlenstoff als negativer Elektrode.

Vorteile der Lithiumtitanat-Batterie

Der Lithiumtitanat-Akku hat ein geringes Volumen, ein geringes Gewicht, eine hohe Energiedichte, eine gute Dichtleistung, keine Leckage, keinen Memory-Effekt, eine geringe Selbstentladungsrate, ein schnelles Laden und Entladen, eine lange Lebensdauer, einen breiten Arbeitstemperaturbereich sowie eine sichere und stabile grüne Umgebung Und so weiter, so hat es eine sehr breite Anwendungsperspektive im Bereich der Kommunikationsleistung.

Wenn das Lithiumtitanat als negatives Elektrodenmaterial verwendet wird, ist die potentielle Plattform so hoch wie 1,55 V, was mehr als 1 V höher ist als das herkömmliche negative Graphitelektrodenmaterial. Obwohl eine gewisse Energiedichte verloren geht, bedeutet dies, dass die Batterie sicherer ist. Lu Lu, ein technischer Experte, sagte einmal, dass der Akku schwach sein muss, wenn der Akku schnell aufgeladen wird. Wenn es jedoch zu niedrig ist, fällt die Lithiumbatterie leicht sehr aktives Metalllithium aus. Dieses Lithiumion ist nicht nur leitend, sondern reagiert auch mit dem Elektrolyten. Gibt Wärme ab, erzeugt brennbare Gase und verursacht einen Brand. Lithiumtitanat vermeidet die Ausfällung von Lithiumionen, da die Hochspannung von 1 V die negative Spannung von 0 vermeidet und somit die Sicherheit der Batterie gewährleistet.

Da die Lithiumtitanatbatterie sicher in Umgebungen mit hohen und niedrigen Temperaturen verwendet werden kann, zeigt sie auch ihre wichtigen Vorteile einer breiten Temperaturbeständigkeit (insbesondere einer niedrigen Temperaturbeständigkeit). Gegenwärtig liegt der sichere Arbeitstemperaturbereich der Yinlong-Lithiumtitanat-Batterie zwischen -50 und 65 Grad, während die gewöhnliche Negativelektrodenbatterie auf Graphitbasis zu dämpfen beginnt, wenn die Temperatur unter -20 Grad liegt und die Ladekapazität beträgt nur -30 Grad. 14% der gesamten Ladekapazität funktionieren bei kaltem Wetter nicht richtig. Da der Lithiumtitanat-Akku selbst bei Überladung eine Volumenänderung von nur 1% aufweist, wird er als spannungsfreies Material bezeichnet, wodurch er eine extrem lange Lebensdauer hat. Yincang Wei, Vorsitzender von Yinlong, sagte einmal, dass die Lebensdauer der Yinlong-Lithiumtitanat-Batterie 30 Jahre erreichen kann, was der Lebensdauer des Automobils entspricht, während die durchschnittliche Lebensdauer einer gewöhnlichen Graphitanodenmaterialbatterie nur 3-4 Jahre beträgt. Lithiumtitanat-Batterien sind aus Sicht des Lebenszyklus kostengünstiger.

Der letzte Vorteil von Lithiumtitanat ist seine schnelle Lade- und Entladefähigkeit und hohe Laderate. Gegenwärtig beträgt die Laderate der Yinlong-Lithiumtitanat-Batterie 10 ° C oder sogar 20 ° C, während die Batterieladevergrößerung von gewöhnlichem Graphitanodenmaterial nur 2 ° C bis 4 ° C beträgt. Basierend auf diesen technischen Eigenschaften von Lithiumtitanat-Batterien ist die Industrie der Ansicht, dass sie die Anforderungen neuer Energiebusse und großer Energiespeicher erfüllt.

Nachteile der Lithiumtitanat-Batterie

Die ausgezeichnete Sicherheitsleistung macht die Forschung an Lithiumtitanat-Batterien jedoch zu einem Hot Spot, aber die geringere elektronische Leitfähigkeit (10-13S / cm) und der geringere Lithiumionendiffusionskoeffizient des Li4Ti5O12-Materials selbst (10-10 ~ 10-13cm2 / S) schränkt die Anwendung des Ladens und Entladens mit großer Vergrößerung stark ein. Einige Wissenschaftler haben gezeigt, dass die Partikelgröße von Li4Ti5O12 im Nanometerbereich den effektiven Reaktionsbereich erweitern und den Diffusionsabstand verringern kann, wodurch die Geschwindigkeitsleistung des Materials erheblich verbessert wird. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass der Prozess der Nanomaterialisierung von Materialien oft schwierig ist und hohe Kosten erfordert und es derzeit schwierig ist, eine industrielle Produktion in großem Maßstab zu erreichen.

Lithiumtitanat-Batterien erzeugen im Zyklus kontinuierlich Gas, was insbesondere bei hohen Temperaturen zu einer Ausbuchtung der Batterie führt, die den Kontakt zwischen positiven und negativen Polen beeinflusst, die Batterieimpedanz erhöht und die Leistung der Batterie beeinträchtigt. Dies ist eines der Haupthindernisse für die breite Anwendung von Lithiumtitanat als Kathodenmaterial in Batterien.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.