钛酸锂电池性能技术进展和前景
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新能源汽车补贴试点的通知》。 • 2010年10月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》
出台，提出：“着力突破动力电池、驱动电机和电子控制领域关键核 心技术，推进插电式混合动力汽车、纯电动汽车推广应用和产业化。 同时，开展燃料电池汽车相关前沿技术研发，大力推进高能效、低排 放节能汽车发展”。 • 《汽车与新能源汽车产业发展规划》（2011年～2020年）即将出台
钛酸锂的性能和应用前景介绍
实用文档
Hale Waihona Puke Baidu
目录
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1新能源相关政策
• 2009年1月，科技部、财政部等四部委共同启动新能源汽车十城千 辆工程计划。
• 2009年3月，国务院办公厅发布的《汽车产业调整和振兴规划》中提 出了未来三年内中国新能源汽车的发展战略。
• 2009年6月，《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》公布。 • 2010年6月，财政部、科技部等四部委联合发布《关于开展私人购买
美国Altairnano公司 的钛酸锂电池性能曲
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为日负本极 东芝
• (优T点o:shiba) 的在循快环SC速性i克能B放优钛电越酸条：
件下锂(2电5oC池，
10C(42A)充电， 15A放电)，即使 反复允放电约 3000次，容量也 只降低不到10%
高倍率充放电性
能优越：新产品
能够以50A的夫电
• 目前各个企业还处于技术储备阶段，等待的是市场需求的提升，LTO 有望成为未来主要的负极材料
（LG Chem）
370/148
钛酸锂
Li4Ti5O12/LiMnO2 233/148
（Enerdel，
Toshiba）
磷酸亚铁锂 LiC6/LiFePO4 （A123）
370/178
实际容量 Ah/kg <300/160+
<300/~180
<300/~120
~170/120
<300/160
电位 vs Li+/Li 100mV/3.9V
100mV/3.6V
100mV/3.8V
1.5V/3.9V
100mV/3.3V
开路电压 3.9V 3.6V 3.8V 2.4V 3.3V
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石墨负极的不足
石墨电位0.1V vs Li+/Li，与 电解质形成在 界面形成一层 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
LTO基本没有形变
LTO不形成SEI膜
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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。 电化学测试：采用上数样品制得工作电极，与金属锂作为 对电极，组合成电池进行测试
• 钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点，钛酸锂材 料在2 到3 年后，会成为新一代锂离子蓄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。
• 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
流进行快充，单
正反标椎模块均
町在5分钟充满电
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国内研发现 状
• 国内主要的钛 酸锂生产厂家 有
珠海银通新能 源(2010年收购 美国 Altairnano)
深圳贝特瑞新 能源材料
锂源动力 • ……
贝特瑞公司的宣传材料
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钛酸锂电池 应用报道
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总结与展望
• 优势：LTO尖晶石钛酸锂型结构稳定，零应变，较大的离子扩散系数， 较宽的高低温性能，有非常好的循环性能。
• 该成果掀起了钛酸锂及其 二次电池的又一轮研发热 潮
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• 2007年,美国EnerDel 公司在AABC-07上展出 负极使用Li4Ti5O12的混 合动力锂离子充电电 池
• 正极为安全性很高的 LiMn2O4,负极为LTO
• 结果表明,此电池安全 性高,低温放电性能和 循环性能优越
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• 得出结论
• 1、Cu掺 杂没有提
高容量，
但高倍率
循环性能
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2O，Zr 源采用
ZrZ(rNO掺3) 杂
4·5H2O
• 得出结 论：
• 1、高倍 率下首 次循环 容量有 非常大 的提升
• 2、高倍
率循环
性有较
大提升
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• 采用 polyacrylic
a碳cid包(P覆AA)1与
LiOH反应得 PAALi，再进行 固相合成反应 • 结论： • 1、碳包覆在表 面，提高了电 子导电性，高 倍率下容量和 循环性能均有 所提高
Li+在石墨中的离子迁移速率较低，导致充放电较慢
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3 钛酸锂(LTO)
• 钛酸锂Li4Ti5O12 ➢ 空间群属于Fd3m，尖晶石结构，电位1.55V vs Li+/Li ➢ 理论容量176mAh/kg ➢ 零应变材料 836pm-837pm
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LTO优点
实用文档
LTO与石墨(Graphite)
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钛酸锂电池与传统锂电池的性能比较
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产业化进程
• 2005年2月的英国《新科学 家》周刊报道，美国内华 达州阿尔泰纳米技术公司 研制出一种市场前景非常 好的锂离子电池，其充电 时间只需6分钟(10C)，而 充电后的使用时间和电流 强度是现有一般充电电池 的10倍和3倍,利用钛酸锂 纳米晶体做负极。
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固相反应的条件控制
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钛酸锂改性研究
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•A采g用掺高杂温 LTO
固相反应 法
• 得出结论：
• 1、Ag掺 杂有助于 提高容量 和循环性
• 2、Ag掺
杂要适量，
文章表明
3%wt掺杂
效果最佳
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• 高C温u固掺相杂 合成法， Cu(NO3)2 •3H2O为铜 源 (Li:Ti:C u=4:5:x)
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2 锂离子电池负极材料
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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）
370/~300
尖晶石结构 LiC6/LiMn2O4 氧化锰锂
出台，提出：“着力突破动力电池、驱动电机和电子控制领域关键核 心技术，推进插电式混合动力汽车、纯电动汽车推广应用和产业化。 同时，开展燃料电池汽车相关前沿技术研发，大力推进高能效、低排 放节能汽车发展”。 • 《汽车与新能源汽车产业发展规划》（2011年～2020年）即将出台
钛酸锂的性能和应用前景介绍
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Hale Waihona Puke Baidu
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1新能源相关政策
• 2009年1月，科技部、财政部等四部委共同启动新能源汽车十城千 辆工程计划。
• 2009年3月，国务院办公厅发布的《汽车产业调整和振兴规划》中提 出了未来三年内中国新能源汽车的发展战略。
• 2009年6月，《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》公布。 • 2010年6月，财政部、科技部等四部委联合发布《关于开展私人购买
美国Altairnano公司 的钛酸锂电池性能曲
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为日负本极 东芝
• (优T点o:shiba) 的在循快环SC速性i克能B放优钛电越酸条：
件下锂(2电5oC池，
10C(42A)充电， 15A放电)，即使 反复允放电约 3000次，容量也 只降低不到10%
高倍率充放电性
能优越：新产品
能够以50A的夫电
• 目前各个企业还处于技术储备阶段，等待的是市场需求的提升，LTO 有望成为未来主要的负极材料
（LG Chem）
370/148
钛酸锂
Li4Ti5O12/LiMnO2 233/148
（Enerdel，
Toshiba）
磷酸亚铁锂 LiC6/LiFePO4 （A123）
370/178
实际容量 Ah/kg <300/160+
<300/~180
<300/~120
~170/120
<300/160
电位 vs Li+/Li 100mV/3.9V
100mV/3.6V
100mV/3.8V
1.5V/3.9V
100mV/3.3V
开路电压 3.9V 3.6V 3.8V 2.4V 3.3V
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石墨负极的不足
石墨电位0.1V vs Li+/Li，与 电解质形成在 界面形成一层 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
LTO基本没有形变
LTO不形成SEI膜
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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。 电化学测试：采用上数样品制得工作电极，与金属锂作为 对电极，组合成电池进行测试
• 钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点，钛酸锂材 料在2 到3 年后，会成为新一代锂离子蓄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。
• 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
流进行快充，单
正反标椎模块均
町在5分钟充满电
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国内研发现 状
• 国内主要的钛 酸锂生产厂家 有
珠海银通新能 源(2010年收购 美国 Altairnano)
深圳贝特瑞新 能源材料
锂源动力 • ……
贝特瑞公司的宣传材料
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钛酸锂电池 应用报道
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总结与展望
• 优势：LTO尖晶石钛酸锂型结构稳定，零应变，较大的离子扩散系数， 较宽的高低温性能，有非常好的循环性能。
• 该成果掀起了钛酸锂及其 二次电池的又一轮研发热 潮
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• 2007年,美国EnerDel 公司在AABC-07上展出 负极使用Li4Ti5O12的混 合动力锂离子充电电 池
• 正极为安全性很高的 LiMn2O4,负极为LTO
• 结果表明,此电池安全 性高,低温放电性能和 循环性能优越
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• 得出结论
• 1、Cu掺 杂没有提
高容量，
但高倍率
循环性能
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2O，Zr 源采用
ZrZ(rNO掺3) 杂
4·5H2O
• 得出结 论：
• 1、高倍 率下首 次循环 容量有 非常大 的提升
• 2、高倍
率循环
性有较
大提升
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• 采用 polyacrylic
a碳cid包(P覆AA)1与
LiOH反应得 PAALi，再进行 固相合成反应 • 结论： • 1、碳包覆在表 面，提高了电 子导电性，高 倍率下容量和 循环性能均有 所提高
Li+在石墨中的离子迁移速率较低，导致充放电较慢
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3 钛酸锂(LTO)
• 钛酸锂Li4Ti5O12 ➢ 空间群属于Fd3m，尖晶石结构，电位1.55V vs Li+/Li ➢ 理论容量176mAh/kg ➢ 零应变材料 836pm-837pm
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LTO优点
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LTO与石墨(Graphite)
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钛酸锂电池与传统锂电池的性能比较
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产业化进程
• 2005年2月的英国《新科学 家》周刊报道，美国内华 达州阿尔泰纳米技术公司 研制出一种市场前景非常 好的锂离子电池，其充电 时间只需6分钟(10C)，而 充电后的使用时间和电流 强度是现有一般充电电池 的10倍和3倍,利用钛酸锂 纳米晶体做负极。
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固相反应的条件控制
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钛酸锂改性研究
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•A采g用掺高杂温 LTO
固相反应 法
• 得出结论：
• 1、Ag掺 杂有助于 提高容量 和循环性
• 2、Ag掺
杂要适量，
文章表明
3%wt掺杂
效果最佳
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• 高C温u固掺相杂 合成法， Cu(NO3)2 •3H2O为铜 源 (Li:Ti:C u=4:5:x)
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2 锂离子电池负极材料
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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）
370/~300
尖晶石结构 LiC6/LiMn2O4 氧化锰锂