鈦酸鋰離子電池放電原理

鈦酸鋰離子電池由正、負(fù)極板（正極活性物質(zhì)為三元鋰，負(fù)極為鈦酸鋰）、隔膜、電解質(zhì)、極耳、不銹鋼（鋁合金）外殼等組成。正負(fù)極板是電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域，隔膜、電解質(zhì)供應(yīng)Li的傳輸通道，極耳起到引導(dǎo)電流的用途。

電池充電時，Li+從三元鋰材料中遷移到晶體表面，從正極板材料中脫出，在電場力的用途下，進(jìn)入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到負(fù)極鈦酸鋰晶體的表面，然后嵌入負(fù)極鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中。與此同時，電子流通過正極的鋁箱，經(jīng)極耳、電池極柱、負(fù)載、負(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的鋁箔電極，再經(jīng)導(dǎo)電體流到鈦酸鋰負(fù)極，使電荷達(dá)至平衡。

電池放電時，Li從鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中脫嵌，進(jìn)入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解質(zhì)遷移到三元鋰晶體的表面，然后重新嵌入到三元鋰材料中。與此同時，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向負(fù)極的鋁箔電極，經(jīng)極耳、電池負(fù)極柱、負(fù)載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極，然后再經(jīng)導(dǎo)電體流到三元鋰正極，使電荷達(dá)至平衡。

鈦酸鋰離子電池的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

采用電動汽車輛取代燃油車輛是解決城市環(huán)境污染的最佳選擇，其中鋰離子動力鋰電池引起了研究者的廣泛關(guān)注。為了滿足電動汽車輛對車載型離子動力鋰電池的要求，研制安全性高、倍率性能好且長壽命的負(fù)極材料是其熱點和難點。

商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極重要采用碳材料，但以碳做負(fù)極的鋰離子電池在應(yīng)用上仍存在一些弊端：

1、過充電時易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰離子電池的安全性能;

2、易形成SEI膜而導(dǎo)致首次充放電效率較低，不可逆容量較大;

3、即碳材料的平臺電壓較低（接近于金屬鋰），并且容易引起電解液的分解，從而帶來安全隱患。

4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。

與碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5O12具有明顯的優(yōu)勢：

1、它為零應(yīng)變材料，循環(huán)性能好;

2、放電電壓平穩(wěn)，而且電解液不致發(fā)生分解，提高鋰離子電池安全性能;

3、與炭負(fù)極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)（為2*10-8cm2/s），可高倍率充放電等。

4、鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高，不易出現(xiàn)鋰枝晶，為保障鋰離子電池的安全供應(yīng)了基礎(chǔ)。

缺點：

1、相對其他類型的鋰離子動力鋰電池能量密度會低一些。

2、脹氣問題一直阻礙著鈦酸鋰離子電池的應(yīng)用。

3、相對其他類型的鋰離子動力鋰電池價格偏高。

4、電池一致性仍存在差異，隨著充放電次數(shù)的新增電池一致性差異會逐漸增大。