钛酸锂电池性能技术进展和前景1剖析

370/~300
尖晶石结构 LiC6/LiMn2O4 氧化锰锂
（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
04
固相合成法
固相法相对于 其他制备方法， 有着工艺流程 简单，易于实 现量产，在陶 瓷工业以及电 子工业中生产 中已经得到了 广泛的应用
LTBaidu Nhomakorabea优点
• 高电压平台，不析锂 • 耐过冲，过放
安全性 • 高低温性能优异
• 结构稳定，零应变，充放电过程中体积变化基本为零 • 无SEI膜，避免SEI膜破裂，所以电池容量高；循环寿命可>20000次
• 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
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》
天骄科技，位于广东深圳，公司已开发出负极材 料产品，年产能180吨
……
钛酸锂电池应用报道
5钛酸锂研究进展
Li4Ti5O12 高温固相合成法 ➢ 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 在氮气中加热到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。
• 该成果掀起了钛酸锂及其二次电池的又一 轮研发热潮
日本东芝(Toshiba)的SCiB超级锂电池
（SuperChargeionBattery）钛酸锂电池
2007年12月11日，东芝宣布将于2008年3月量产新 型锂离子充电电池,采用钛酸锂作为负极 优点: 循环性能优越：在快速冲放电条件下(25oC， 10C(42A)充电，15A放电)，即使反复充放电约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的大 电流进行快充，单正反标椎模块均定在5分钟充满 电池容量的90％以上 低温性能优越：在-30℃也能确保80％以上的放 电容量，因此还可在寒冷地区使用
钛酸锂的性能和应用前景介绍
指导老师：肖* 组员：乔*林 武* 王*乾
张*阳 唐*杨 张*兴
目录
一、新能源相关政策 二、动力电池的发展 三、钛酸锂(LTO) 四、国内外研究生产现状 五、钛酸锂研究进展 六、总结与展望
9/25/2020
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。
<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
石墨负极的不足
石墨电位0.1V vs Li+/Li，与电 解质在界面形 成一层SEI膜， 在大倍率电流
高温固相反应的条件控制
方法 原料 仪器设备
• 高温固相反应法(适合工业生产) • 溶胶凝胶法和水热离子交换法
• 锂源：Li2CO3，钛源：TiO2(锐钛矿) • 原料配比：Li稍过量，有研究提出，当n(Li)n(Ti)=0.8 • 时产物性能最好
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
纯电动车（EV） 插电式电动车 （PHEV）
很高的耐热安全性，高输入输出性能
国内研发生产现状
国内主要的钛酸锂生产厂家有
深圳贝特瑞新能源材料，公司位于广东深圳，是 全国最大的负极材料企业，公司已开发出负极材料 产品，公司现年产能360吨，计划扩至1000吨/年 珠海银通新能源(2010年收购美国Altairnano)，其 钛酸锂生产基地在美国，目前主要是自用
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02
直接水热
钛酸锂为立方 结构,且为非计 量化合物，设 备要求高，技 术难度大，安 全性能差，不 利于工业化生 产
03
溶胶—凝胶 法
多采用价格较 高的有机溶剂 为原料，可以 合成粒度均匀 的高性能纳米 粉末，单工序 较为复杂。有 机物在烧结过 程中产生大量 的CO2气体， 干燥收缩也大
混合动力电动车 （HEV）
便携式电子设备 （portable
electronics ） 能量存储装置
（Energy storage）
LIBs
2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)
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镍基材料 LiC6/LiNixCoyAlz （Johnson Control,Salt）
长寿命 • Li+在钛酸锂中离子迁移速率较快，导致充放电较快
• 相比石墨具有高离子扩散系数，25度时锂离子在LTO中的扩散系数 为2*10-8cm2/s,比石墨高出一个数量级
高倍率 • 可用于多次循环脉冲电流设备
4国内外研发生产现状
• 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。
放电下，锂离 子在SEI表面容 易形成锂枝晶，
造成电池容量 衰减
安全 寿命 充电慢
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
3 钛酸锂电池制备方法
01
共沉淀法
在沉淀制备粉 末过程中从工 沉淀、晶粒长 大到沉淀的漂 洗、干燥、煅 烧的每一个阶 段均可能导致 颗粒长大及团 聚体的形成