鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景

鈦酸鋰性能和應(yīng)用前景介紹鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第1頁(yè)目錄1新能源相關(guān)政策2負(fù)極材料現(xiàn)狀3鈦酸鋰介紹4研究進(jìn)展5產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程6總結(jié)與展望鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第2頁(yè)1新能源相關(guān)政策1月，科技部、財(cái)政部等四部委共同開啟新能源汽車十城千輛工程計(jì)劃。3月，國(guó)務(wù)院辦公廳公布《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中提出了未來三年內(nèi)中國(guó)新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略。6月，《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》公布。年6月，財(cái)政部、科技部等四部委聯(lián)合公布《關(guān)于開展私人購(gòu)置新能源汽車補(bǔ)助試點(diǎn)通知》。年10月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加緊培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)決定》出臺(tái)，提出：“著力突破動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電子控制領(lǐng)域關(guān)鍵關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，開展燃料電池汽車相關(guān)前沿技術(shù)研發(fā)，大力推進(jìn)高能效、低排放節(jié)能汽車發(fā)展”?！镀嚺c新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（20～20）即將出臺(tái)鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第3頁(yè)LIBs純電動(dòng)車（EV）

插電式電動(dòng)車（PHEV）混合動(dòng)力電動(dòng)車（HEV）便攜式電子設(shè)備（portableelectronics）能量存儲(chǔ)裝置（Energystorage）鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第4頁(yè)2鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第5頁(yè)動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況化學(xué)體系負(fù)極/正極理論容量Ah/kg實(shí)際容量Ah/kg電位vsLi+/Li開路電壓氧化鈷鋰(Sanyo，Samsung等)LiC6/LiCoO2370/~295<300/160+100mV/3.9V3.9V鎳基材料（JohnsonControl,Salt）LiC6/LiNixCoyAlz370/~300<300/~180100mV/3.6V3.6V尖晶石結(jié)構(gòu)氧化錳鋰（LGChem）LiC6/LiMn2O4370/148<300/~120100mV/3.8V3.8V鈦酸鋰（Enerdel，Toshiba）Li4Ti5O12/LiMnO2233/148~170/1201.5V/3.9V2.4V磷酸亞鐵鋰（A123）LiC6/LiFePO4370/178<300/160100mV/3.3V3.3V鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第6頁(yè)石墨負(fù)極不足壽命充電慢安全石墨因?yàn)閷訝罱Y(jié)構(gòu)，鋰離子嵌入嵌出過程引發(fā)較大形變（10.3%），造成循環(huán)性能不足石墨電位0.1VvsLi+/Li，與電解質(zhì)形成在界面形成一層膜，而且輕易形成鋰支晶Li+在石墨中離子遷移速率較低，造成充放電較慢鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第7頁(yè)3鈦酸鋰(LTO)鈦酸鋰Li4Ti5O12空間群屬于Fd3m，尖晶石結(jié)構(gòu)，電位1.55VvsLi+/Li理論容量176mAh/kg零應(yīng)變材料836pm-837pm鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第8頁(yè)LTO優(yōu)點(diǎn)安全性高電壓平臺(tái)，不析鋰耐過沖，過放高低溫性能優(yōu)異長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，零應(yīng)變，充放電過程中體積變化基本為零無SEI膜，避免SEI膜破裂高倍率相比石墨具有高離子擴(kuò)散系數(shù)，25度時(shí)鋰離子在LTO中的擴(kuò)散系數(shù)為2*10-8cm2/s,比石墨高出一個(gè)數(shù)量級(jí)可用于多次循環(huán)脈沖電流設(shè)備鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第9頁(yè)LTO與石墨(Graphite)

LTO基本沒有形變LTO不形成SEI膜鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第10頁(yè)4鈦酸鋰研究進(jìn)展Li4Ti5O12固相合成法

Li2CO3(稍過量)、TiO2(化學(xué)計(jì)量比)和活性炭混合，以無水乙醇作為分散劑，混合物用球磨機(jī)球磨24h，制得前驅(qū)體。前驅(qū)體空氣中加熱到600oC并保溫8h，在升溫至800oC并保溫2h，升溫速率為12oC/min,自然冷卻，輕度研磨過篩，得樣品，干燥器中保留。電化學(xué)測(cè)試：采取上數(shù)樣品制得工作電極，與金屬鋰作為對(duì)電極，組合成電池進(jìn)行測(cè)試鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第11頁(yè)固相反應(yīng)條件控制方法固相反應(yīng)法(適合工業(yè)生產(chǎn))溶膠凝膠法和水熱離子交換法原料鋰源：Li2CO3，鈦源：TiO2(銳鈦礦)原料配比：Li稍過量，有研究提出，當(dāng)n(Li)／n(Ti)=0.84時(shí)產(chǎn)物性能最好研磨方法研究結(jié)果表明，球磨效果更好添加劑反應(yīng)過程加適量炭黑提高電導(dǎo)性并減小顆粒尺寸加入摻雜元素如Zr、Sr等進(jìn)行改性反應(yīng)溫度和時(shí)間制備溫度一般控制在800-1000℃一般時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒生長(zhǎng)越完整，不利于循環(huán)性，800oC下一般2h保溫鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第12頁(yè)鈦酸鋰改性研究導(dǎo)電性LTO導(dǎo)電能力差，需要通過碳包覆或者摻雜提高電子電導(dǎo)電位窗LTO的電位為1.55VvsLi+/Li，與高電位錳酸鋰只能形成2.4V電壓，采用金屬取代部分Ti降低LTO電位值大電流充放也主要通過減小顆粒(納米化)和摻雜，提高高倍率性能鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第13頁(yè)Ag摻雜LTO采取高溫固相反應(yīng)法得出結(jié)論：1、Ag摻雜有利于提升容量和循環(huán)性2、Ag摻雜要適量，文章表明3%wt摻雜效果最正確鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第14頁(yè)Cu摻雜高溫固相合成法，Cu(NO3)2?3H2O為銅源(Li:Ti:Cu=4:5:x)

得出結(jié)論1、Cu摻雜沒有提升容量，但高倍率循環(huán)性能顯著改進(jìn)鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第15頁(yè)Zr摻雜固相合成法，鋰源采取LiAc?2H2O，Zr源采取Zr(NO3)4·5H2O得出結(jié)論：1、高倍率下首次循環(huán)容量有非常大提升2、高倍率循環(huán)性有較大提升3、Li4Ti5?xZrxO12中Zr含量0.1時(shí)效果最好鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第16頁(yè)碳包覆1采取polyacrylicacid(PAA)與LiOH反應(yīng)得PAALi，再進(jìn)行固相合成反應(yīng)結(jié)論：1、碳包覆在表面，提升了電子導(dǎo)電性，高倍率下容量和循環(huán)性能都有所提升鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第17頁(yè)鈦酸鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池性能比較鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第18頁(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程2月英國(guó)《新科學(xué)家》周刊報(bào)道，美國(guó)內(nèi)華達(dá)州阿爾泰納米技術(shù)企業(yè)研制出一個(gè)市場(chǎng)前景非常好鋰離子電池，其充電時(shí)間只需6分鐘(10C)，而充電后使用時(shí)間和電流強(qiáng)度是現(xiàn)有普通充電電池10倍和3倍,利用鈦酸鋰納米晶體做負(fù)極。該結(jié)果掀起了鈦酸鋰及其二次電池又一輪研發(fā)燒潮

鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第19頁(yè),美國(guó)EnerDel企業(yè)在AABC-07上展出負(fù)極使用Li4Ti5O12混合動(dòng)力鋰離子充電電池正極為安全性很高LiMn2O4,負(fù)極為L(zhǎng)TO結(jié)果表明,此電池安全性高,低溫放電性能和循環(huán)性能優(yōu)越鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第20頁(yè)美國(guó)Altairnano企業(yè)鈦酸鋰電池性能曲線鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第21頁(yè)日本東芝(Toshiba)SCiB鈦酸鋰電池12月11日，東芝宣告將于年3月量產(chǎn)新型鋰離子充電電池,采取鈦酸鋰作為負(fù)極優(yōu)點(diǎn):循環(huán)性能優(yōu)越：在快速克放電條件下(25oC，10C(42A)充電，15A放電)，即使重復(fù)允放電約3000次，容量也只降低不到10%高倍率充放電性能優(yōu)越：新產(chǎn)品能夠以50A夫電流進(jìn)行快充，單正反標(biāo)椎模塊均町在5分鐘充滿電池霹量90％以上低溫性能優(yōu)越：在-30℃也町確保80％以上放電容量，所以還可在嚴(yán)寒地域使用鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第22頁(yè)鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第23頁(yè)鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第24頁(yè)國(guó)內(nèi)研發(fā)覺實(shí)狀況貝特瑞企業(yè)宣傳材料國(guó)內(nèi)主要鈦酸鋰生產(chǎn)廠家有珠海銀通新能源(收購(gòu)美國(guó)Altairnano)深圳貝特瑞新能源材料鋰源動(dòng)力……鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第25頁(yè)鈦酸鋰電池應(yīng)用報(bào)道鈦酸鋰電池性能技術(shù)進(jìn)展和前景第26頁(yè)總結(jié)與展望優(yōu)勢(shì)：LTO尖晶石鈦酸鋰型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，零應(yīng)變，較大離子擴(kuò)散系數(shù)，較寬高低溫性能，有非常好循環(huán)性能。鈦酸鋰高安全性、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命和綠色環(huán)境保護(hù)特點(diǎn)，鈦酸鋰材料在2到3年后，會(huì)成為新一代鋰離子蓄電池負(fù)極材料而被廣泛應(yīng)用在