钛酸锂电池胀气机理与抑制解析

钛酸锂电池胀气机理与抑制解析

编者按

钛酸锂空间群属于Fd3m，尖晶石结构，因其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。同时，钛酸锂晶体结构能够在锂离子脱嵌循环中保持高度稳定性体积变化小于1%，这为钛酸锂成为一个重要的负极材料打下了基础。

钛酸锂（Li4Ti5O12俗称LTO）空间群属于Fd3m，尖晶石结构，因其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。同时，钛酸锂晶体结构能够在锂离子脱嵌循环中保持高度稳定性体积变化小于1%，这为钛酸锂成为一个重要的负极材料打下了基础。

更重要的是，消除了电池的安全隐患，被称为最安全的锂电池负极材料。钛酸锂的物理结构适合作为锂电池负极材料，那么它的电化学特性又是怎样的呢？与碳负极材料相比，钛酸锂电位较高，为1.55V vs Li+/Li，理论容量175mAh/g，开路电压2.4V，能量密度和电压平台较低。

钛酸锂电池具有高安全性、可大倍率充电、循环寿命长等优点，但是用钛酸锂做负极时，电池在充放电循环过程中有严重的胀气现象，在高温时更为严重。虽然对钛酸锂电池胀气的研究从未停止过，包括碳包覆改性、杂化、纳米化等等，但是其胀气问题仍未被完全解决，阻碍了钛酸锂电池的市场推广。

一、钛酸锂电池胀气机理

学术界认为钛酸锂/NCM电池胀气比石墨/NCM严重的原因是，钛酸锂无法像石墨负极体系电池一样，在其表面形成SEI膜，抑制其与电解液的反应。在充放电过程中电解液始终与Li4Ti5O12表面直接接触，从而造成电解液在Li4Ti5O12材料表面持续还原分解，这可能是导致Li4Ti5O12电池胀气的根本原因。

气体的主要组分是H2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C3H8等。当把钛酸锂单独浸泡于电解液中时，只有CO2产生，其与NCM材料制备成电池后，产生的气体包括H2、CO2、CO以及少量气态碳氢化合物，并且作成电池后，只有在循环充放电时，才会产生H2，同