劉鵬 徐圣釗 趙程

フ?要：近年來，鈦酸鋰基鋰離子電池因其低溫性能好，循環(huán)壽命長，安全特性高等優(yōu)勢(shì)受到了極大地關(guān)注。本文對(duì)比了以錳酸鋰（LMO）、三元材料（NCM）、鈷酸鋰（LCO）、磷酸鐵鋰（LFP）為正極材料的鈦酸鋰基鋰離子電池的電性能；結(jié)合市場(chǎng)需求，分析了不同正極體系的鈦酸鋰基鋰離子電池的應(yīng)用方向。

ス丶詞：鈦酸鋰；鋰離子電池；不同正極體系；應(yīng)用

隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展，以Li4Ti5O12（簡稱LTO）作為負(fù)極材料的鋰離子電池因其安全性高，循環(huán)壽命長，快速充放電能力強(qiáng)，低溫性能好［1］等優(yōu)點(diǎn)，相比于石墨負(fù)極的鋰離子電池在某些特殊領(lǐng)域有著不可替代的作用。

1?實(shí)驗(yàn)

ヒ32610圓柱型電池為研究對(duì)象，將正負(fù)極片經(jīng)卷繞后形成極組，極組經(jīng)過整形、入殼、激光焊等工序形成電池，半成品電池經(jīng)過烘干、注液，化成、后處理、老化等工序完成制作，準(zhǔn)備進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。電池分類如下：A（LMO）、B（NCM）、┆┆〤（LCO）、D（LFP）。

2?結(jié)果與討論

2.1?放電曲線

圖1?A、B、C和D四類電池的放電曲線

ヒ32610圓柱型電池為研究對(duì)象，LCO/LTO能量密度為80Wh/kg，NCM/LTO能量密度為75Wh/kg，LMO/LTO能量密度為55Wh/kg，LFP/LTO能量密度為47Wh/kg。

2.2?倍率放電性能

圖2?A、B、C和D四類電池的倍率放電性能

ト繽2所示常溫倍率放電性能A＞B＞C＞D。這是因?yàn)榧饩蚅MO具有立方對(duì)稱結(jié)構(gòu)，鋰離子脫出嵌入速率較快，倍率性能較好；而NCM、LCO為層狀結(jié)構(gòu)，Li-O層中Li+的躍遷勢(shì)壘較高，離子遷移速率較慢；LFP為橄欖石型晶體結(jié)構(gòu)，其特殊結(jié)構(gòu)限制了鋰離子在其晶格內(nèi)的傳輸速率，并且其內(nèi)部鐵氧八面體和磷氧四面體的存在導(dǎo)致了粉體顆粒之間的導(dǎo)電性極差［2］，因此倍率性能最差。

2.3?低溫放電性能

圖3?A、B、C和D四類電池的低溫放電性能

ト繽3所示低溫性能依次為A＞C＞B＞D。尖晶石型LMO為離子遷移提供了三維立體通道，離子擴(kuò)散速率最快，低溫下離子電導(dǎo)率最高，低溫放電性能最好。層狀結(jié)構(gòu)的LCO因其半導(dǎo)體特性，電子電導(dǎo)率較高［3］，并且Co-O相互作用較強(qiáng)，降低了Li的躍遷勢(shì)壘，有助于Li離子的遷移，因此低溫倍率性能較為優(yōu)異；NCM材料克容量發(fā)揮受溫度影響極大，因此在低溫環(huán)境下并不能完全發(fā)揮三元材料高克容量的優(yōu)勢(shì)；LFP因其材料特性，離子電導(dǎo)率及電子電導(dǎo)率都較低，因此低溫性能最差。

3?應(yīng)用市場(chǎng)簡析

LMO/LTO電池的特點(diǎn)是功率特性好，循環(huán)性能及低溫性能較出色，可廣泛適用于例如特種車輛，風(fēng)電變槳，電網(wǎng)調(diào)頻，軌道交通等領(lǐng)域。NCM/LTO電池特點(diǎn)是能量密度高，功率特性較好，相對(duì)于鈷酸鋰體系安全性更高，因此適用于對(duì)安全性要求較高的項(xiàng)目中，例如動(dòng)車組備用電源系統(tǒng)［4］、軍用裝備等方面的應(yīng)用。LCO/LTO電池相對(duì)于NCM/LTO電池能量密度有較高優(yōu)勢(shì)，并且因其出色的低溫性能，可用于高寒地區(qū)免維護(hù)的儲(chǔ)能應(yīng)用。LFP/LTO電池因其電壓平臺(tái)僅有1.9V，因此可通過增加降壓板設(shè)計(jì)，將電池整體電壓控制在1.5V，取代目前的5號(hào)電池。

ゲ慰嘉南祝

ィ1］楊春.純電動(dòng)公交車蓄電池的選擇［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2014.

ィ2］Zhao?B，Ran?R，Liu?M，et?al.A?comprehensive?review?of?Li4Ti5O12-based?electrodes?for?lithium-ion?batteries：The?latest?advancements?and?future?perspectives［J］.Materials?Science?&?Engineering?R?Reports，2015，98：1-71.

ィ3］Yi?T?F，Yang?S?Y，Xie?Y.Recent?advances?of?Li4Ti5O12?as?apromising?next?generation?anode?material?for?high?power?lithium-ion?batteries［J］.Journal?of?Materials?Chemistry?A，2015，3（11）：5750-5777.

ィ4］蘇劍，李紅兵.鈦酸鋰電池在動(dòng)車組上的應(yīng)用研究［J］.機(jī)車電傳動(dòng)，2011（4）：38-40.