電子材料鈦酸鋰的相關(guān)知識,目前，在國家大力倡導(dǎo)開發(fā)新能源及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大環(huán)境下，鈦酸鋰以其優(yōu)異的安全性、超長循環(huán)性能、快速充放電和超寬的高/低溫性能，成為新型鋰離子電池的負極材料研究熱點，其應(yīng)用前景也不斷拓展。
 
    一、鈦酸鋰概述

    鈦酸鋰(Li4Ti5O12)是一種由金屬鋰和低電位過渡金屬鈦的復(fù)合氧化物，屬于AB2X4系列，可被描述成尖晶石固溶體。Li4Ti5O12最大的特點就是其“零應(yīng)變性”。

    鈦酸鋰粉體及其SEM圖片

    所謂“零應(yīng)變性”是指其晶體在嵌入或脫出鋰離子時晶格常數(shù)和體積變化都很小，小于1%。

    在充放電循環(huán)中，這種“零應(yīng)變性”能夠避免由于電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高電極的循環(huán)性能和使用壽命，減少循環(huán)帶來的比容量衰減，具有非常好的耐過充、過放特征。

    鈦酸鋰作為鋰電池負極材料的優(yōu)缺點：

    目前，鈦酸鋰制備方法主要有固相反應(yīng)法、溶膠-凝膠法及水熱離子交換合成法等。

    二、鈦酸鋰制備方法

    選擇不同的制備方法會導(dǎo)致鈦酸鋰粉體不同的晶體形貌，從而影響其電化學性能。所以合成方法的選擇與鈦酸鋰電池的電化學性能之間有著密切的聯(lián)系。

    鈦酸鋰作為鋰電池負極材料存在本征電子導(dǎo)電能力偏低的缺點，影響了負極在放電狀態(tài)時的導(dǎo)電率。

    三、鈦酸鋰改性方法

    通過表面包覆或摻雜等方法能提高電極的表面電導(dǎo)率，從而加快傳荷反應(yīng)速率可使電池的倍率性能的增強。目前包覆或摻雜等方法主要有碳摻雜包覆和金屬元素摻雜。

    碳包覆就是含碳添加物熱分解，從而在顆粒表面分散或包覆導(dǎo)電碳，以充當導(dǎo)電橋的改性方法。碳源主要包括天然石墨、復(fù)合碳、乙炔黑和各種含碳多羥基有機化合物。碳包覆不僅能提高鈦酸鋰材料的電導(dǎo)率，它還能夠有效地防止顆粒間的團聚，降低接觸內(nèi)阻，提高電池的倍率性能。1碳摻雜包覆
    碳包覆鈦酸鋰粉體顆粒SEM圖片

    2金屬元素摻雜

    鈦酸鋰改進行金屬摻雜的主要目的是：降低它的電極電位，提高電池比能量;提高材料的導(dǎo)電性，降低電阻和極化。對于低電導(dǎo)率的電極活性材料，要提高其導(dǎo)電性能，摻雜是較有效的方法。摻雜元素主要有Ag+、Zr2+、Cu2+、Mg2+、Al3+、Zr4+、F-等及其復(fù)合摻雜。

    (1)Ag+摻雜鈦酸鋰，有助于提高鈦酸鋰電池的容量和循環(huán)性，摻雜量為3%wt效果最佳。

    (2)Zr2+摻雜鈦酸鋰，高倍率下首次循環(huán)容量和循環(huán)性顯著提升。

    (3)Cu2+摻雜鈦酸鋰，顯著改善鈦酸鋰電池的高倍率循環(huán)性能。

    Ag+摻雜鈦酸鋰粉體SEM圖片 Zr2+摻雜鈦酸鋰粉體SEM圖片

    Cu2+摻雜鈦酸鋰粉體SEM圖片

    四、鈦酸鋰電池應(yīng)用

    1、便攜式電動工具、儲能電源;

    2、汽車應(yīng)急啟動電源、電池模塊、儲能基站電源;

    3、太陽能光電產(chǎn)品、LED照明;

    4、替代超級電容、存儲電源。

    五、國內(nèi)外鈦酸鋰電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)

    1鈦酸鋰材料

    國際上對鈦酸鋰材料研究及產(chǎn)業(yè)化方面比較領(lǐng)先的有美國奧鈦納米科技公司、日本石原產(chǎn)業(yè)株式會社、英國莊信萬豐公司等。其中美國奧鈦生產(chǎn)的鈦酸鋰材料無論在倍率、安全性、長壽命及高低溫等方面性能優(yōu)異。國內(nèi)在鈦酸鋰材料量產(chǎn)方面已有多家，如四川興能、珠海銀隆、湖州微宏、深圳貝特瑞、湖南杉杉等企業(yè)。

    2鈦酸鋰電池

    國際上能夠批量生產(chǎn)鈦酸鋰電池的廠家并不多，主要以美國奧鈦納米技術(shù)公司與日本東芝集團為代表。鈦酸鋰電池的應(yīng)用市場主要有電動車(巴士、軌道交通等)、儲能市場(調(diào)頻、電網(wǎng)質(zhì)量、風場等)及工業(yè)應(yīng)用(港口機械、叉車等)。