采用钛酸锂负极材料的高功率锂离子电池的研制

邱慧敏 段泉滨 赵程

摘 要：交通领域需要一种可高倍率放电、宽的温度工作范围、长寿命和安全的化学电源，但是现行的锂离子蓄电池的倍率性、安全性和循环寿命尚不能完全满足要求。采用锰酸锂为正极材料，钛酸锂为负极材料，制成了32670/2000mAh的锂离子电池，该电池20C放电容量能够达到1.0C放电容量的94.56%，电池在-20℃的条件下5.0C放电能够放出相比25℃条件下容量的83.73%。在60℃的条件下5C放电能够放出相比25℃条件下容量的103.11%，5C循环测试2000周后容量剩余率为92.50%，电池经过各项安全测试，显示了良好的安全性。

关键词：Li4Ti5O12；锂离子电池；锰酸锂；高倍率

由于环境污染问题，新能源交通工具已经逐渐引起人们的重视，锂离子电池因其具有比能量高和自放电小等优势，而成为该领域的佼佼者。以碳为负极材料的锂离子电池，经过实践验证，存在着大量问题，如长期循环、高功率及低温下使用后，电池性能下降等，而且在滥用状态下电解液会与嵌锂碳负极发生剧烈的化学反应，放出大量的热，造成电池爆炸时刻。

为克服这些缺点，研究应用Li4Ti5O12负极材料是解决方向之一。锂钛复合氧化物Li4Ti5O12是一种金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物，属于AB2X4系列，具有缺陷的尖晶石结构，是固溶体L1+xTi2-xO4（0≤x≤1/3）体系中的一员，立方体结构，空间群为Fd3m，具有锂离子的三维扩散通道。但是钛酸锂具有充放电过程中骨架结构几乎不发生变化的“零应变”特性，嵌锂电位高（1.55Vvs.Li/Li+）而不易引起金属锂析出、库仑效率高、锂离子扩散系数（2×10-8cm2/s）比碳负极高一个数量级等优良特性，具备了下一代锂离子蓄电池必需的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。……