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鈦酸鋰電池的組成部分及結(jié)構(gòu)怎么樣?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2018年05月09日  

  鈦酸鋰電池由正、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)提供Li+的傳輸通道,極耳起到引導(dǎo)電流的作用。


  電池充電時(shí),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(chǎng)力的作用下,進(jìn)入電解液,穿過(guò)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(shí),電子流通過(guò)正極的鋁箔,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(shí),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(guò)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(shí),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。


  由此可見(jiàn),鈦酸鋰電池基本原理,就是在充、放電的過(guò)程中,對(duì)應(yīng)的鋰離子在正負(fù)極之間來(lái)回的嵌脫,完成電池的充放電和向負(fù)載的供電。鈦酸鋰電池的充放電示意圖如圖所示。

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  電池充電時(shí),正極失去電子,鋰離子脫出,嵌入到負(fù)極中;負(fù)極嵌入鋰離子的同時(shí)得到電子成為富鋰態(tài)。放電時(shí)的過(guò)程正好相反。在Li+嵌入或脫嵌的反應(yīng)過(guò)程中,鈦酸鋰(Li4TI5O12)是一種理想的嵌入型電極材料,Li+插入和脫嵌對(duì)材料結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有影響,因此被稱作“零應(yīng)變”材料,從而保證了其良好的循環(huán)性能。


  鈦酸鋰存在兩種不同相的分子結(jié)構(gòu)——Li7TI5O12與Li4TI5O12。產(chǎn)生Li7TI5O12的晶體結(jié)構(gòu)與Li4Ti5O12的晶體結(jié)構(gòu)均為尖晶石結(jié)構(gòu),且晶格常數(shù)變化很小,同時(shí)體積變化也很小。能夠避免充放電循環(huán)中電極材料的來(lái)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,減少了隨循環(huán)次數(shù)的增加而帶來(lái)容量的衰減,使鈦酸鋰具有優(yōu)良的循環(huán)性能。


  鈦酸鋰電池的電化學(xué)反應(yīng)方程式:

  總化學(xué)反應(yīng)方程式:

  鈦酸鋰電池的結(jié)構(gòu)組成


  正極:磷酸鐵鋰、錳酸鋰或三元材料、鎳錳酸鋰。


  負(fù)極:鈦酸鋰材料。


  隔膜:以碳作負(fù)極的鋰電池隔膜。


  電解液:以碳作負(fù)極的鋰電池電解液。


  電池殼:以碳作負(fù)極的鋰電池殼。


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