钛酸锂电池优势及风险项说明0709

钛酸锂电池优势及风险项说明 1、 钛酸锂电池单体优势及风险项 钛酸锂电池电芯负极采用钛酸锂材料，材料分子式为 Li4Ti5O12。具有以下 优势及风险项： Li4Ti5O12的优势：  安全性高： 1）Li 4Ti5O12 的平台电位约 1.55 V(vs. Li/Li+)，为三维尖晶石结构，不易 产生锂枝晶，避免其刺穿隔膜造成内部短路，相比于其他锂电材料的平 面结构，具有更高的安全性 2）电化学充放电反应为典型的两相反应特征，电位平台非常平坦，在 一定程度内，耐过充过放。  循环稳定性好： 1）钛酸锂具有“ 零应变性 ”，即充放电过程中材料的体积变化很小，具 有非常高的循环稳定性。5C 倍率充放电循环次数达到 2 万次以上，是 普通锂电的 10 倍以上，是传统铅酸蓄电池的 20 倍以上。  倍率性能高/快充性能好： 1）在 25 ℃下，Li 4Ti5O12 中锂离子的化学扩散系数为 2x10-8 cm2/s，虽 然不及超级电容器，但比石墨类锂电池负极材料的扩散系数大一个数量 级，因而有望用于脉冲电源。可支持 0~30C 的倍率放电  高低温性能优异： 1）常规锂电池低温下锂的嵌入及脱出能力都会下降，尤其是嵌入能力。 Li4Ti5O12 负极在-30 ℃下充电也不会出现导致短路或使负极恶化的锂枝 晶出现，钛酸锂电池可使用范围为-45 ℃-70 ℃。  环保性能好： 1） 钛酸锂电池单体采用的电芯材料均为非强酸、强碱，无重金属，且 电池使用过程中无有害物质产生，绿色环保。  自放电率低： 常温下，钛酸锂电池的自放电率仅为 3%月，长期存储时可减少维护的 频率和成本。  无记忆效应： 相较于镍系蓄电池，工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池 在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电 时形成次级放电平台。锂电池无记忆效应。 Li4Ti5O12风险项：  极化现象： 1）Li 4Ti5O12 为绝缘体，20 ℃时电导率约为 10-13 S/cm，在大电流放电 或者超低温（低于-20℃）时极化严重。造成放电电量小于常温额定标 定电 量。  助燃风险（已解决）： 当单体持续处于燃烧环境中时，电池单体本身不会燃烧，但单体壳体内 有机溶剂高温情况下分解，释放出气体有一定的助燃效果。  能量密度低： 1）其电位为 1.55 V(vs. Li/Li+)，作为负极材料电位仍偏高，限制了器 件更高能量密度的获得。目前钛酸锂电池单体的能量密度在 80wh/g， 低于磷酸铁锂 175wh/g 或者三元锂 220wh/g。 （铅酸蓄电池单体的能量 密度约为 50wh/kg 左右）  存在胀气风险（已解决）： Li4Ti5O12 中 Ti-O 键的催化作用会加剧钛酸锂与电解液的反应，导致电 解液的消耗，使得器件内部产气，在温度提高时，胀气现象会更加显著。 软包单体胀气风险更为显著。  过充： 钛酸锂电池的最高电压为 2.7V，电压继续充高，达到最高电压的 150% 以上时，发热会很严重，存在安全风险。  短路： 钛酸锂电池正负极电阻过小时，即认为电池正负极外部短路，电流过大， 存在严重发热风险。 2、 钛酸锂模组风险 除电池系统均存在的常规的过热、过充、短路、高压击穿、漏电、热失控 等，锂电池模组对 BMS 的依赖性较强，一旦 BMS 系统功能异常时，锂电系统 将无法正常充放电。 电池模组有焊接和连接可靠性的风险。如若模组内部焊接不良，将导致内 阻过大，温度升高高于理论实际值。 国昱（深圳）电气科技有限公司 2019/07/09