鈦酸鋰性質

動力鋰電池的理想負極材料應具備以下幾個性質：高充放電效率和循環(huán)壽命；高結構穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；高比容量，安全性好；資源豐富，價格低廉，制備相對簡單且不會對環(huán)境造成污染等。

目前的鋰離子電池負極材料的研究重要集中在碳基材料上。其中碳電極在電池反應過程中進行嵌鋰后的電位接近金屬鋰的電位，一旦電池在過充時，碳電極的表面就容易析出金屬鋰。出現的金屬鋰會跟電解液接觸反應出現可燃性氣體，給動力鋰電池帶來相當大的安全隱患。另外，石墨材料負電極存在與電解液的共嵌入問題，對電解液敏感高，穩(wěn)定性有限導致電極的循環(huán)穩(wěn)定性受到影響。合金類負極材料與碳負極材料相比具有較高的比容量，在充放電過程中鋰的反復嵌脫會使合金類負極的體積發(fā)生較大變化導致循環(huán)性能變差。石墨類與鈦酸鋰負極材料的一些性質參數如下表所示。

鈦酸鋰動力鋰電池的研究與發(fā)展

鈦酸鋰，Li4Ti5O12，面心立方尖晶石結構。常用的化合物分子式為AM2O4，空間群為Fd3m，晶胞參數a=0.836nm。這種尖晶石結構對鋰離子有一定的容納空間，通俗來說一個鈦酸鋰能容納3個鋰離子。充放電時的鋰離子嵌入和脫嵌對鈦酸鋰材料的結構幾乎沒有影響，因為鈦酸鋰的晶型結構幾乎沒有發(fā)生變化，a值僅從0.836nm增大到0.837nm。這種現象被稱為零應變，因此鈦酸鋰也被稱為零應變材料。這種性質對電極材料來說具有重要的用途，能夠防止充放電過程中由于材料的伸縮變化而導致結構發(fā)生變化，從而提高電極的性能和減少比容量的大幅度衰減，延長了電池的使用壽命。

鈦酸鋰動力鋰電池的研究與發(fā)展

鈦酸鋰的化學擴散系數（一般為2×10-8cm2/s）要比碳負極材料的擴散系數大個數量級，高擴散系數意味著鈦酸鋰要比其他的碳負極材料具備更快和更多的循環(huán)充放電能力。但鈦酸鋰本身并不能供應鋰源，因此只能與含有鋰的電極材料進行搭配。鈦酸鋰作為正極時，負極只能是金屬鋰或鋰合金，此時電池的電壓約為1.5V左右。鈦酸鋰作為負極和LiCoO2、LiMn2O4等正極材料可組成電壓為3V上下的電池。盡管鈦酸鋰可以作為負極也可以作正極使用，但由于相對Li+/Li的電位為1.5V，因此作為正極材料進行研究和應用并不多。尖晶石結構特有三維鋰離子擴散通道，因此鈦酸鋰在高低溫性能上也表現優(yōu)異。