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乐橙钛酸锂电池放电原理_钛酸锂电池用在哪



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  钛酸锂电池由正、负极板(正极活性物质为三元锂,负极为钛酸锂)、隔膜、电解质、极耳、不锈钢(铝合金)外壳等组成。正负极板是电化学反应的区域,隔膜、电解质提供Li的传输通道,极耳起到引导电流的作用。

  电池充电时,Li+从三元锂材料中迁移到晶体表面,从正极板材料中脱出,在电场力的作用下,进入电解液,穿过隔膜,再经电解液迁移到负极钛酸锂晶体的表面,然后嵌入负极钛酸锂尖晶石结构材料中。与此同时,电子流通过正极的铝箱,经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铝箔电极,再经导电体流到钛酸锂负极,使电荷达至平衡。

  电池放电时,Li从钛酸锂尖晶石结构材料中脱嵌,进入电解液,穿过隔膜,再经电解质迁移到三元锂晶体的表面,然后重新嵌入到三元锂材料中。与此同时,电子经导电体流向负极的铝箔电极,经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极,然后再经导电体流到三元锂正极,使电荷达至平衡。

  由此可见,钛酸锂电池基本原理,就是在充、放电的过程中,对应的锂离子在正负极之间来回的嵌脱,完成电池的充放电和向负载的供电。钛酸锂电池的充放电示意图如图所示:

  电池充电时,止极失去电子,锂离子脱出,嵌入到负极中;负极嵌入锂离子的同时得到电子成为富锂态。放电时的过程正好相反。在Li+嵌入或脱嵌的反应过程中,钛酸锂(Li4Ti5012)是一种理想的嵌入型电极材料,Li+插入和脱嵌对材料结构几乎没有影响,因此被称作“零应变”材料,从而保证了其良好的循环性能。

  钛酸锂存在两种不同相的分子结构一—Li7TI5012与Li4TI3012。产生Li7TI5012的晶体结构与Li4TI5012的晶体结构均为尖晶石结构,且晶格常数变化很小,同时体积变化也很小。能够避免充放电循环中电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏,从而提高电极的循环性能和使用寿命,减少了随循环次数的增加而带来容量的衰减,使钛酸锂具有优良的循环性能。

  钛酸锂电池是锂电中寿命最长、安全度最高的电池。钛酸锂电池的循环寿命长,能够实现万次以上的充放电循环,高于普通锂电池。

  目前钛酸锂电池国内市场技术比较成熟,在电动车应用方面主要用于公交车和摆渡车等领域。

  储能被认为是新能源的下一个风口,钛酸锂电池在储能领域的应用被人们寄予厚望。钛酸锂电池超长的循环寿命、不同凡响的安全性、优异的功率特性以及良好的经济性。这些特性却将会是成就目前正在崛起的大规模锂电储能系统产业的重要基石。

  发展储能技术是促进新能源发电、提高电网安全稳定性的关键核心技术之一。在各种类型的电化学储能技术中,钛酸锂电池具有循环寿命长、安全性能好等特点,很好地契合了电网储能的应用场景。以轨道交通车辆车载储能系统为对象,对当前应用于轨道交通车辆中的超级电容、高能电容锂离子电池等车载储能元件的性能进行对比分析,得出钛酸锂电池具有高功率密度、高能量密度、高可靠性的技术特点。结合钛酸锂电池的性能特点和控制策略的研究,通过项目应用实例和现场试验对比,钛酸锂电池在地铁车辆储能系统中大规模应用的技术优势和广阔前景。

  针对储能应用需求,在原有钛酸锂电池的基础上提出了满足储能应用需求的钛酸锂电池材料体系重构原则与技术方案,研发出亚微米级钛酸锂材料。项目研制的储能用钛酸锂电池保持了长寿命高倍率的本征特性,且成本大幅下降。钛酸锂电池储能技术,为大规模长寿命锂离子电池储能系统的建设提供技术积累,同时为长寿命锂离子电池储能装置产业化发展,促进新能源的利用奠定技术基础。