Introducción al principio y composición de la batería de titanato de litio.

Principio de la batería de titanato de litio

La batería de titanato de litio está compuesta por una placa de electrodo positivo y negativo (el material activo del electrodo positivo es litio ternario, el electrodo negativo es titanato de litio), un separador, un electrolito, una lengüeta y una carcasa exterior de acero inoxidable (aleación de aluminio). . Las placas positivas y negativas son las áreas de reacción electroquímica. El diafragma y el electrolito proporcionan un canal de transmisión para Li + y las pestañas actúan para guiar la corriente.

Cuando la batería está cargada, Li + migra del material de litio ternario a la superficie del cristal y se separa del material del electrodo positivo. Bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, ingresa al electrolito, pasa a través del separador y luego migra al cristal de titanato de litio negativo a través del electrolito. A continuación, la superficie se incrusta en un material de estructura de espinela de titanato de litio negativo. Al mismo tiempo, el flujo de electrones pasa a través del papel de aluminio del electrodo positivo y fluye a través del electrodo, el polo de la batería, la carga, el polo negativo, el electrodo negativo al electrodo de papel de aluminio del electrodo negativo, y luego fluye a través del conductor eléctrico hasta el electrodo negativo de titanato de litio para equilibrar la carga.

Cuando la batería se descarga, el Li + se desintercala del material de la estructura de la espinela de titanato de litio, ingresa al electrolito, pasa a través del separador y luego migra a la superficie del cristal de litio ternario a través del electrolito, y luego se vuelve a incrustar en el litio ternario. material. Al mismo tiempo, los electrones fluyen a través del conductor eléctrico hasta el electrodo de papel de aluminio del electrodo negativo, y fluyen a través del electrodo, la columna del electrodo negativo, la carga, el polo positivo y el electrodo positivo hasta el electrodo de papel de aluminio del electrodo negativo. electrodo positivo de la batería, y luego fluye a través del conductor eléctrico hasta el electrodo positivo ternario de litio. Mantenga la carga en equilibrio.

Se puede observar que el principio básico de la batería de titanato de litio es que durante el proceso de carga y descarga, los iones de litio correspondientes se insertan y retiran entre los electrodos positivo y negativo para completar la carga y descarga de la batería y el suministro de energía. a la carga. El diagrama de carga y descarga de la batería de titanato de litio se muestra en la figura.

Cuando la batería está cargada, el electrodo positivo pierde electrones, los iones de litio se eluyen y se incrusta en el electrodo negativo; mientras que el electrodo negativo está intercalado con iones de litio, los electrones se vuelven ricos en litio. El proceso de descarga es todo lo contrario. El titanato de litio (Li4TI5O12) es un material de electrodo embebido ideal durante la intercalación o desintercalación de Li +. La inserción y desintercalación de Li + tienen poco efecto sobre la estructura del material y, por lo tanto, se denominan materiales de "deformación cero". Garantiza un buen rendimiento del ciclo.

El titanato de litio tiene dos fases diferentes de estructura molecular: Li7TI5O12 y Li4TI5O12. La estructura cristalina de Li7TI5O12 y la estructura cristalina de Li4Ti5O12 son estructuras de espinela, y la constante de celosía cambia poco, y el cambio de volumen también es pequeño. Puede evitar la estructura del material del electrodo en el ciclo de carga y descarga, lo que conduce a la destrucción de la estructura, mejorando así el rendimiento del ciclo y la vida útil del electrodo, reduciendo la capacidad de atenuación causada por el aumento del número de ciclos. y hacer que el titanato de litio tenga un excelente rendimiento de ciclo. .

Estructura de la batería de titanato de litio

Electrodo positivo: fosfato de hierro y litio, manganato de litio o material ternario, óxido de litio, níquel y manganeso.

Electrodo negativo: material de titanato de litio.

Diafragma: separador de batería de litio con carbón como electrodo negativo.

Electrolito: un electrolito de batería de litio que utiliza carbono como electrodo negativo.

Caja de batería: una caja de batería de litio con carbono como electrodo negativo.

Ventajas de la batería de titanato de litio

La batería de titanato de litio tiene un volumen pequeño, peso ligero, alta densidad de energía, buen rendimiento de sellado, sin fugas, sin efecto de memoria, baja tasa de autodescarga, carga y descarga rápidas, ciclo de vida largo, amplio rango de temperatura de trabajo, entorno verde seguro y estable Y así sucesivamente, tiene una perspectiva de aplicación muy amplia en el campo del poder de la comunicación.

Cuando se utiliza titanato de litio como material de electrodo negativo, la plataforma de potencial es tan alta como 1,55 V, que es más de 1 V más alta que el material de electrodo negativo de grafito convencional. Aunque se pierde algo de densidad de energía, significa que la batería es más segura. Lu Lu, un experto técnico, dijo una vez que la batería debe estar baja cuando se carga rápidamente. Sin embargo, si es demasiado bajo, la batería de litio precipitará fácilmente litio metálico muy activo. Este ion de litio no solo es conductor, sino que también reacciona con el electrolito. Libera calor, produce gases inflamables y provoca un incendio. El titanato de litio evita la precipitación de iones de litio porque el alto voltaje de 1V evita el voltaje negativo de 0, garantizando así la seguridad de la batería.

Dado que la batería de titanato de litio se puede utilizar de forma segura en entornos de alta y baja temperatura, también muestra sus importantes ventajas de una amplia resistencia a la temperatura (especialmente la resistencia a bajas temperaturas). En la actualidad, el rango de temperatura de trabajo seguro de la batería de titanato de litio Yinlong está entre -50 grados y 65 grados, mientras que la batería ordinaria de electrodo negativo basada en grafito comienza a atenuarse cuando la temperatura es inferior a -20 grados, y la capacidad de carga es solo -30 grados. El 14% de la capacidad de carga total no funciona correctamente en climas fríos. Además, dado que la batería de titanato de litio tiene un cambio de volumen de solo el 1% incluso si está sobrecargada, se denomina material de deformación cero, lo que hace que tenga una vida útil extremadamente larga. Yincang Wei, presidente de Yinlong, dijo una vez que la vida útil de la batería de titanato de litio de Yinlong puede alcanzar los 30 años, lo que equivale a la vida útil del automóvil, mientras que la vida media de la batería de material de ánodo de grafito ordinario es de solo 3-4 años. Las baterías de titanato de litio son menos costosas desde la perspectiva del ciclo de vida.

La última ventaja del titanato de litio es su capacidad de carga y descarga rápida y su alta tasa de carga. En la actualidad, la velocidad de carga de la batería de titanato de litio Yinlong es de 10 ° C o incluso de 20 ° C, mientras que el aumento de carga de la batería del material de ánodo de grafito ordinario es de solo 2 ° C-4 ° C. Con base en estas características técnicas de las baterías de titanato de litio, la industria cree que satisface las necesidades de los autobuses de nueva energía y los equipos de almacenamiento de energía a gran escala.

Desventajas de la batería de titanato de litio

Sin embargo, el excelente rendimiento de seguridad hace que la investigación sobre la batería de titanato de litio se convierta en un punto caliente, pero la conductividad electrónica más baja (10-13S / cm) y el coeficiente de difusión de iones de litio del material Li4Ti5O12 en sí mismo (10-10 ~ 10-13cm2 / S) limita en gran medida la aplicación de carga y descarga de gran aumento. Algunos estudiosos han demostrado que el tamaño de partícula nanométrica de Li4Ti5O12 puede expandir el área de reacción efectiva y reducir la distancia de difusión, mejorando así significativamente la velocidad de rendimiento del material. Sin embargo, cabe señalar que el proceso de nanomaterialización de materiales es a menudo difícil y requiere un alto costo, y es difícil lograr una producción industrial a gran escala en la actualidad.

La batería de titanato de litio producirá gas continuamente en el ciclo, lo que provocará un abultamiento de la batería, especialmente a altas temperaturas, lo que afectará el contacto entre los polos positivo y negativo, aumentará la impedancia de la batería y afectará el rendimiento de la batería. Este es uno de los principales obstáculos para la amplia aplicación de titanato de litio como material catódico en baterías.

La página contiene el contenido de la traducción automática.