钛酸锂电池性能技术进展和前景28页PPT
钛酸锂电池技术及其产业发展现状
钛酸锂电池技术及其产业发展现状作者：唐堃金虹潘广宏王国文薛嘉渔来源：《新材料产业》2015年第09期一、钛酸锂电池技术在国内外的发展状况自从锂离子电池在1991年产业化以来，电池的负极材料一直是石墨（包括人造及天然石墨）在一统天下。
尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5O12，LTO）自从1971年Deschanvres等报道了其合成方法与晶体结构之后[1]，Colbow等和Ohuku等对其进行了比较系统的电化学性能测试[2，3]。
然而钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多项优异的性能而受到重视开始于20世纪90年代后期。
比如钛酸锂材料在锂离子的镶嵌及脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，晶格常数变化很小（体积变化由于多数专业锂电人士从来没有真正动手制作过钛酸锂电池产品，或者只是做过几次遇到困难（如胀气）就草草收场。
所以他们没能静下心来仔细思考一下，为什么大部分制作完美的传统锂离子电池通常只能完成1000～2000次充放电循环寿命？传统锂离子电池循环寿命短的根本原因中是否源于其中的某一个基本组件-石墨负极难堪重负呢？一旦将石墨负极替换成尖晶石型钛酸锂负极之后，基本相同的锂离子电池化学体系就能循环到几万乃至几十万次。
另外，在很多人津津乐道地谈论钛酸锂电池的能量密度偏低时，却忽略了一个简单而重要的事实：那就是钛酸锂电池超长的循环寿命、不同凡响的安全性、优异的功率特性以及良好的经济性。
这些特性却将会是成就目前正在崛起的大规模锂电储能产业的重要基石。
近10多年来，国内外对钛酸锂电池技术的研究可谓是风起云涌。
其产业链可分为钛酸锂材料制备、钛酸锂电池生产与钛酸锂电池系统的集成及其在电动车及储能市场的应用。
1.钛酸锂材料国际上对钛酸锂材料研究及产业化方面比较领先的有美国奥钛纳米科技公司（以下简称“美国奥钛”）、日本石原产业株式会社（简称“石原产业”）、英国庄信万丰公司（简称“庄信万丰”）等。
其中美国奥钛生产的钛酸锂材料无论在倍率、安全性、长寿命及高低温等方面性能优异。
电池储能技术的现状及发展趋势张幻灯片
电池储能技术的现状及发展趋势张幻灯片目前，电池储能技术已经广泛应用于各个领域，如电动车、智能家居、船舶、铁路、电力系统等。
特别是在电力系统领域，电池储能技术已成为重要的支撑技术，可以实现电网的平稳运行、容量平衡、备用电力等功能。
电池储能技术的应用还存在一些局限性，如成本较高、安全性不足等问题。
目前，随着电池储能技术的不断发展和完善，电池的成本逐步下降，其应用范围和领域也不断扩大。
1.高能量密度和长寿命电池的研发电池储能技术的发展离不开新材料和新技术的研发应用。
目前，高能量密度和长寿命电池已成为电池研发的重点方向。
未来，相信将会有更多的新型材料和新技术被应用到电池储能领域。
2.实现低成本高效能的电池制造技术电池制造技术是影响电池成本和性能的关键因素之一。
未来，应该加强电池制造技术的研发，实现低成本、高效能电池的制造。
3.提高电池组件的安全性目前，电池安全问题是电池储能技术应用的重要瓶颈之一。
未来，应该继续完善电池组件和电池系统的安全性，加强热稳定性和防爆能力，确保电池储能技术的可靠性和安全性。
4.多种电池技术的混合应用在电池储能技术的应用领域中，通常采用多种电池技术的混合应用。
例如，在电动车领域，采用多种电池技术的混合应用，可以实现更长的续航里程和更高的能量效率。
未来，多种电池技术的混合应用将成为电池储能技术的重要发展方向。
综上所述，电池储能技术是目前储能技术中应用最广泛、成熟度最高的技术之一。
未来，随着新材料、新技术的不断推出，电池储能技术将会在各个领域得到更广泛的应用。
钛酸锂电池技术及其产业发展现状
钛酸锂电池技术及其产业发展现状打开文本图片集一、钛酸锂电池技术在国内外的发展状况自从锂离子电池在1991年产业化以来，电池的负极材料一直是石墨（包括人造及天然石墨）在一统天下。
尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5O12，LTO）自从1971年Deschanvres等报道了其合成方法与晶体结构之后，Colbow等和Ohuku等对其进行了比较系统的电化学性能测试[2，3]。
然而钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多项优异的性能而受到重视开始于20世纪90年代后期。
比如钛酸锂材料在锂离子的镶嵌及脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，晶格常数变化很小（体积变化<l%）。
这个“零应变”电极材料极大地延长了钛酸锂电池的循环寿命。
钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，具有功率特性优异和高低温性能佳等优点。
与碳负极材料相比，钛酸锂的电位高（比金属锂的电位高1.55v），这就导致通常在电解液与碳负极表面上生长的固液层（sei）在钛酸锂表面基本上不形成。
更重要的是在正常电池使用的电压范围内锂枝晶在钛酸锂表面上难以生成。
这就在很大程度上消除了由锂枝晶在电池内部形成短路的可能性。
所以钛酸锂为负极的锂离子电池的安全性是目前笔者见到的各种类型的锂离子电池中安全性最高的。
业内人士大多数都听说过由钛酸锂取代石墨作为锂电负极材料的锂电循环寿命可达数万次，远高于常见的传统锂离子电池，仅循环几千次就寿终正寝了。
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这个“零应变”电极材料极大地延长了钛酸锂电池的循环寿命。
钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，具有功率特性优异和高低温性能佳等优点。
与碳负极材料相比，钛酸锂的电位高（比金属锂的电位高1.55v），这就导致通常在电解液与碳负极表面上生长的固液层（sei）在钛酸锂表面基本上不形成。
更重要的是在正常电池使用的电压范围内锂枝晶在钛酸锂表面上难以生成。
这就在很大程度上消除了由锂枝晶在电池内部形成短路的可能性。
锂电池技术的进展和应用前景
锂电池技术的进展和应用前景锂电池是一种常见的二次电池，也是目前最先进的可充电电池技术之一。
它具有高能量密度、长寿命、环境友好等优点，因此在各个领域得到了广泛的应用。
随着科技的发展，锂电池技术也在不断进步，为未来的能源存储和使用提供了新的可能性。
首先，进展方面，锂电池技术在电池容量和续航能力方面取得了显著的提升。
近年来，随着锂离子电池正极材料的改进，电池容量得到了大幅度的增加。
目前商业化的锂离子电池容量已经从最初的100mAh/g提高到了300mAh/g以上，甚至有些新材料的锂离子电池容量可以达到500mAh/g以上。
这意味着电池在相同体积下可以存储更多的能量，提高了电子产品的使用时间和便携性。
其次，在安全性方面，锂电池技术也有了较大的改进。
过去，锂电池容易发生过充放电、短路和过热等问题，容易引发火灾和爆炸。
但是，现在通过改进电池结构和控制系统，锂电池的安全性得到了显著提升。
目前已经出现了防火、防爆的电池，大幅度降低了事故的发生概率。
而且，还有更好的热管理技术出现，可以降低电池的发热量，提高电池的寿命和安全性。
另外，在充电速度方面，锂电池技术也有了较大的突破。
过去，锂电池需要较长时间才能充满电，限制了电子设备的使用时间和便携性。
但是，现在借助新材料和新技术，锂电池的充电速度大大加快。
有些新型锂电池甚至可以在几分钟内充满电，这为电动汽车的发展带来了巨大的推动力。
在应用方面，锂电池技术有广泛的前景。
首先是电动车领域。
随着环境保护意识的增强和新能源汽车政策的支持，电动车市场呈现爆发式增长。
锂电池作为电动车最重要的能源储存技术，将在未来得到更广泛的应用。
电动车的市场规模扩大，将进一步推动锂电池技术的发展和成熟。
另外，移动设备领域也是锂电池技术的重要应用领域。
智能手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备的广泛应用，对电池容量和续航能力需求越来越高。
锂电池作为目前性能最好的可充电电池技术，将继续在移动设备领域占据主导地位。
锂离子电池技术的发展和应用展望
锂离子电池技术的发展和应用展望近年来，随着移动设备和电动车的普及，锂离子电池作为一种高性能、高能量密度的电池技术，逐渐成为主导市场的能源存储装置。
锂离子电池技术的不断发展和应用推动了现代科技的进步，同时也面临着一些挑战和机遇。
首先，让我们回顾一下锂离子电池技术的发展历程。
锂离子电池最初于20世纪70年代开始研发，但由于材料限制和安全性问题等原因，其商业化应用一直受到限制。
然而，随着钴酸锂正极材料的引入，锂离子电池的能量密度大幅提高，逐渐取代了镍氢电池等其他电池技术。
此后，随着科技的不断进步，石墨负极材料被改良，锂金属负极材料被应用，锂离子电池的性能和循环寿命大幅度提升。
此外，锂离子电池的快速充放电性能也得到了极大的提高，使其在电动车和可穿戴设备等领域得到了广泛应用。
未来，锂离子电池技术的发展将朝着更高能量密度、更长循环寿命和更安全的方向发展。
新型正极材料的研发是提高能量密度的关键所在。
如今，已经有一些新型正极材料，如钠离子电池和锂硫电池，正在得到广泛研究和开发。
钠离子电池具有较低的成本和较高的资源可持续性，而锂硫电池具有更高的理论能量密度，可以提供更长的续航里程。
这些新型正极材料有望在未来的能源存储领域实现突破。
另外，循环寿命的提升也是锂离子电池技术发展的关键方向。
随着锂离子电池的循环次数增加，其性能会逐渐下降，甚至出现容量衰退和安全性问题。
因此，在材料和电池结构方面的改进是提高循环寿命的重要手段。
例如，采用新型电解液和离子传输介质可以提高锂离子电池的电荷传输速率和循环寿命。
此外，锂离子电池技术在能源存储中的应用也将进一步扩展。
除了移动设备和电动车市场，锂离子电池在储能电站、家庭能源储备和可再生能源利用等领域有着巨大的潜力。
这些领域的发展将进一步推动锂离子电池技术的创新。
尽管锂离子电池技术在能源存储领域取得了巨大的成就，但也面临一些挑战。
首先，材料资源的限制可能会对锂离子电池的大规模应用造成困扰。
钛酸锂电池技术在国内外的发展状况分析
钛酸锂电池技术在国内外的发展状况分析1. 引言1.1 钛酸锂电池技术概述钛酸锂电池是一种重要的新型锂离子电池，具有高能量密度、长循环寿命和较高的安全性能。
钛酸锂电池的正极材料采用钛酸锂(Li2TiO3)，相对于传统的氧化铁和磷酸铁锂材料，在高温和高电压下具有更好的热稳定性和安全性。
钛酸锂电池在电动汽车、储能系统和移动设备等领域具有广泛的应用前景。
钛酸锂电池的核心技术包括正极材料的设计与合成、电解液的优化、电池结构设计等方面。
当前，国内外的研究机构和企业都在致力于钛酸锂电池技术的研究与发展，不断提高其能量密度、循环寿命和安全性能，以满足不同应用领域的需求。
随着新能源产业的快速发展，钛酸锂电池技术也得到了广泛关注。
未来，随着技术的不断进步和市场需求的增加，钛酸锂电池有望在能源存储领域发挥更重要的作用，为推动可持续发展做出更大贡献。
2. 正文2.1 国外钛酸锂电池技术发展状况在美国，多家知名的电池制造企业投入大量资金和人力资源进行钛酸锂电池技术研发。
它们致力于提高电池的能量密度和循环寿命，以满足电动汽车和储能系统的需求。
美国政府也对钛酸锂电池技术进行大力支持，促进了该技术的快速发展。
日本作为世界电池制造技术的领军国之一，也在钛酸锂电池领域取得了重大突破。
日本企业在材料研究、电池设计和生产工艺方面不断创新，推动了钛酸锂电池技术的进步，并在全球市场上占据一席之地。
德国作为欧洲的科技强国，对钛酸锂电池技术的研究也颇具实力。
德国企业在电池材料的研发、生产工艺的改进等方面取得了重要进展，不断提高电池性能和安全性，为能源转型和智能化应用提供了重要支持。
随着国际合作的加强，钛酸锂电池技术在国外的发展前景十分广阔。
2.2 国内钛酸锂电池技术发展状况随着中国能源需求的增长和环境保护意识的提高，钛酸锂电池技术在国内得到了广泛关注和发展。
目前，国内钛酸锂电池技术发展主要集中在以下几个方面：1. 技术研发：国内钛酸锂电池技术研发机构众多，包括科研院所、大学、企业等，他们在电池材料、电池结构设计、电池生产工艺等方面取得了一系列研究成果，不断提升钛酸锂电池的性能和安全性。
钛酸锂电池特性
钛酸锂电池特性目录目录 ............................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
1 背景 ........................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
2 钛酸锂结构与化学反应原理.................................................................................................... 错误!未定义书签。
3 特性曲线 ................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
3.1充放电曲线 ......................................................................................................................... 错误!未定义书签。
3.2倍率特性 ............................................................................................................................. 错误!未定义书签。
锂离子电池-背景介绍及研究进展ppt课件
Fig. 5. Plateau voltage and capacity (see Fig. 1) for Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2,LiMn2O4 and LiCoO2 with a charging voltage of 4.3V and discharge current of 0.1C.
With a Co3O4 coating,the cycling and rate capability of LiMn2O4 has been improved.
1+1>2
5. Effect of doping
Dopant additions
Fe
LiNiO2、Li2MnO3、 LiNi0.125Mn0.75Co0.12
Fig. 3. Plateau voltage and capacity for LiFePO4 [123,150,153,156,158–161,168–174] with a charging voltage of 4.2V and discharge current of 0.1C.
The operating voltage for LiCoO2 is higher than that for LiFePO4 ，LiFePO4 has a narrower voltage range.
Figs. 10~12. Capacity after 1st/50th cycle and percent change in capacity after 50 cycles for LiFePO4 LiCoO2 Li(Ni,Mn,Co)O2 cathodes.
4. Composite cathodes
1. Introduction
新电极结构的钛酸锂电池及性能分析
Internal Combustion Engine &Parts0引言在当前经济快速发展的环境下，各种能源和环境问题也逐渐受到人们的重视。
风能、太阳能等新能源在开发中，也受到广泛的重视。
而新能源的随机性进和波动性也是最受关注的问题，这样会使得其输出功率发生不稳定和不连续等现象；但对于电化学的储能元件，能够有效地存储能量，也能实现稳定输出功率，更好地弥补新能源在开发上存在的不足之处。
对于不同的电化学储能的技术领域里，锂离子电池因自身高密度、长循环的寿命和环境友好等优势，得到广泛的重视。
对于尖晶石型的钛酸锂电池，其相对于锂的具体电位是1.55V ，而其理论的容量是175mAh ·g -1，其有较强安全性、零应变和电化学性能好的优势，可以更好地使用在不同的温度范围之内，这也为很多工业领域和企业单位提供了高效的能源设备。
与常规的碳负极的材料进行对比，其钛酸锂的嵌锂电压平台比较高，能够有效地避免因同电解液发生反应而出现钝化膜现象，对宽温度的电解液选择有一定帮助，也能杜绝大电流充电以及过充时出现负极表面锂的枝晶现象，其安全性是值得保障的。
对于常温状态下，其材料化学扩散的系数是2×10-8cm 2·s -1，其相比于碳负极的材料要大至少一个数量级，能够展示出较为快速的嵌脱锂的能力。
也正是这些优势，其能够在我国交通领域、储能领域以及对高低温大电流充放电的相关特殊要求领域中，都有良好的应用前景，并且也获得国内外的重视。
1钛酸锂电池的关键优势分析针对实际中钛酸锂电池，其有着安全稳定的性能，其单体的电压一般都是在2.4-3V 之间，在充电时并不会出现锂枝晶，而在充放电的情况下会有较高热稳定性和零应变性，不会引发起火问题；其有着较长的循环寿命，循环的次数一般都会高于3万次，可以在30年之内有效运用，一般会和设备保持同寿命；其成本也是比较低的，很容易被用户接受；也能实现全天候的充放电要求，其耐宽温的性能良好，能够在零下40摄氏度到零上60摄氏度的环境中能够正常的充放电，并无记忆效应，能够实现随时充放电的效果[1]。
锂离子电池的应用﹑研究及发展PPT课件
3. Joe Alper, The Battery: Not Yet a Terminal Case, Science 296 (2002) 12241226.
可逆地嵌入与2脱021 嵌Li2021
14
锂离子电池的负极材料
石墨:作为碳材料中的一种，与锂形成石墨嵌入化合物（Graphite
Intercalation Compounds）LiC6 .
容量循环衰减
石墨材料的改性
引入非金属元素： H、B、N、Si 、P、S 等 引入金属元素：K、Mg、Al、Ga、V、Ni、Co、Cu、Fe 等 表面处理:氧化处理﹑采用碳包覆﹑包覆金属及其氧化物﹑聚合物包覆
构米碳 料的 制
.
稳 定 性
增 加 材 料 结
尺 度 的 嵌 锂
纳 米 管 与 其
,
巴 基 球
微 结 构 碳 负
备 高 纯 度 与
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2021
. ,
容 极质 氧化 特 量 材量 化物 殊 得以 料比 物如 结 到及 大能 基新 构 提循 大量 负型 的 高环 提较 极锡 金 性 高碳 材复 属 能 电 负 料 合 氧 15
循环寿命长500次以上甚至1000次以上低于nicd14锂离子电池的主要应用福特escape混合动力车15锂离子电池的拓展市场16锂离电池需求量预测随着材料研发的不断进步与电池电化学性能的提高子电池仍然会快速增长霸占着二次电池市锂离子电池的原理示意图dischargechargeloadchargedischargecurrentcollectorcurrentcollectoranodecathodeli1xcoo21锂离子电池的充放电原理示意图xexlicoolilicoolixexlilicoolilicoo充电正极反应锂离子电池的反应机理电极反应
0074.解析钛酸锂动力电池及其发展历程
解析钛酸锂动力电池及其发展历程动力电池作为新能源汽车的能量来源，动力电池的性能决定了车辆的性能。
动力电池包括锂离子电池、镍氢电池、超级电容、燃料电池等。
目前新能源汽车采用的动力电池主要类型是锂离子动力电池。
锂离子动力电池是由正极、负极、隔膜及电解液这四个主要部分构成。
其中锂离子电池的正极一般是具有高电位且可逆脱嵌锂离子的材料，比如锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。
锂离子电池的负极一般是碳负极材料比如石墨。
目前对正极材料的研究已经达到一个瓶颈，因此对负极材料的研究成为另外一个关键。
钛酸锂作为负极材料里的佼佼者，由此谈谈钛酸锂在动力电池中的研究及发展现状。
一、钛酸锂性质动力电池的理想负极材料应具备以下几个性质：高充放电效率和循环寿命；高结构稳定性、化学稳定性和热稳定性；高比容量，安全性好；资源丰富，价格低廉，制备相对简单且不会对环境造成污染等。
目前的锂离子电池负极材料的研究主要集中在碳基材料上。
其中碳电极在电池反应过程中进行嵌锂后的电位接近金属锂的电位，一旦电池在过充时，碳电极的表面就容易析出金属锂。
产生的金属锂会跟电解液接触反应产生可燃性气体，给动力电池带来相当大的安全隐患。
另外，石墨材料负电极存在与电解液的共嵌入问题，对电解液敏感高，稳定性有限导致电极的循环稳定性受到影响。
合金类负极材料与碳负极材料相比具有较高的比容量，在充放电过程中锂的反复嵌脱会使合金类负极的体积发生较大变化导致循环性能变差。
石墨类与钛酸锂负极材料的一些性质参数如下表所示。
钛酸锂，Li4Ti5O12，面心立方尖晶石结构。
常用的化合物分子式为AM2O4，空间群为Fd3m，晶胞参数a=0.836nm。
这种尖晶石结构对锂离子有一定的容纳空间，通俗来说一个钛酸锂能容纳3个锂离子。
充放电时的锂离子嵌入和脱嵌对钛酸锂材料的结构几乎没有影响，因为钛酸锂的晶型结构几乎没有发生变化，a值仅从0.836nm增大到0.837nm。
这种现象被称为“零应变”，因此钛酸锂也被称为“零应变材料”。
钛酸锂电池性能技术进展和前景
• 不足1、电压平台稍高，功率密度和能量密度不够 不足2、高倍率性能有待提升 不足3、具有LTO量产能力的企业不多，成本较高
• 《汽车与新能源汽车产业发展规划》（2011年～2020年）即将出台
精选课件
3
精选课件
4
2 锂离子电池负极材料
精选课件
5
动力电池发展现状
化学体系 负极/正极
理论容量 Ah/kg
氧化钴锂 (Sanyo，
LiC6/LiCoO2
Samsung等)
370/~295
镍基材料 LiC6/LiNixCoyAlz （Johnson Control,Salt）
精选课件
8
LTO优点
精选课件
9
LTO与石墨(Graphite)
LTO基本没有形变
LTO不形成SEI膜
精选课件
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4 钛酸锂研究进展
Li4Ti5O12固相合成法 ➢ Li2CO3(稍过量)、TiO2(化学计量比)和活性炭混合，以无水
乙醇作为分散剂，混合物用球磨机球磨24h，制得前驱体。 前驱体空气中加热到600oC并保温8h，在升温至800oC并保 温2h，升温速率为12oC/min,自然冷却，轻度研磨过筛，得 样品，干燥器中保存。
面形成一层膜，
并且容易形成 锂支晶
石墨由于层状结 构，锂离子嵌入 嵌出过程引起较 大形变（10.3%）， 导致循环性能不 足
Li+在石墨中的离子迁移速率较低，导致充放电较慢