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【探究】钛酸锂石墨烯包覆能否解决产气问题

导读: 钛酸锂产气的主要原因为高电位条件下电解液在钛酸锂表面的分解;对钛酸锂材料表面进行改性,阻止电解液在钛酸锂材料表面发生反应是抑制电池产气的可行办法。

1、与传统的石墨负极相比,钛酸锂作为锂离子电池负极的优势很明显;

(1)、钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s),大巴与乘用车在不损伤电池的情况下可以实现10min速充;
  (2)、宽温适应性,钛酸锂负极体系的材料,在低温(-40℃)以及高温(60℃)有较好的表现,对于石墨负极体系难于跨越的低温和高温区域,钛酸锂优势明显。

(3)、钛酸锂表面不形成SEI膜,首次循环不会消耗锂离子;另外该材料嵌入锂离子和脱嵌,材料体积不会发生变化,属于零应变材料;这将有助于锂离子电池循环寿命的提高;实际应用检测中,钛酸锂循环寿命可以达到惊人的30000周容量保持率80%以上;

(4)、由于钛酸锂电势比金属锂高,因此在钛酸锂为负极的表面不易生成锂晶枝;这就避免了在长周期循环过程中的锂晶枝刺穿隔膜发生的安全隐患;

2、钛酸锂在使用过程中产气,是钛酸锂无法得到大批量应用的主要瓶颈之一

钛酸锂产气的机理探讨:通过对钛酸锂产生气体他统计分析,主要成分为H2、CO2、CO等;其中H2;
  (1)、钛酸锂本身不含有氢元素,因此产气并非钛酸锂本身分解所致;
  (2)、钛酸锂本身颗粒细小,比表面积大容易吸收水分;因此表面吸附水分也是一个产气因素;

(3)、通过钛酸锂电池满电状态高温储藏收集到大主要成分为H2的气体,并且产生的量远远超过材料所含微量水分能产生的气体量;由此可以认为,钛酸锂电池产气主要来源也非吸附的水分;

(4)、John B.Coodenough等研究发现,电极材料在1.0~4.7V的点位区间都不会形成SEI膜;钛酸锂点位为1.5V,钛酸锂在实际应用中不会在其表面形成SEI膜,钛酸锂可以直接接触到电解液。Belharoak等认为钛酸锂的钛氧键(Ti-O)在高电位条件下催化了电解液的分解而导致产气。

(5)多学着认为钛酸锂产气与电解液在钛酸锂表面发生副反应有关,在高温条件下尤为明显。

3、石墨烯包覆-钛酸锂改性

如上述,钛酸锂产气的主要原因为高电位条件下电解液在钛酸锂表面的分解;对钛酸锂材料表面进行改性,阻止电解液在钛酸锂材料表面发生反应是抑制电池产气的可行办法。

珠海银隆通过石墨烯掺杂包覆技术,实现对产气的抑制,从而提高了产品的适用性;同此类技术的还有天津普兰纳米,于2016初宣布研制成功,并投入量产。

4、实际应用

(1)、微宏动力系统(湖州)有限公司2015年钛酸锂电池业务成交额已经过亿,2016年的钛酸锂电池市场需求量不会有特别大的变化,乐观预计今年将增加20%-50%。微宏动力的钛酸锂快充电池已经在重庆恒通、苏州金龙、北汽福田、厦门金龙、南京金龙、东风扬子江等中国各大新能源客车以及英国、德国、荷兰等海外市场应用;
  (2)、天津捷威动力有限公司的钛酸锂电池目前主要应用于商业大巴车上,2016年之前主要出口美国某大巴公司,现在国内一些省市的相关项目在量产推进中。钛酸锂市场需求较前两年明显增大;

(3)、2015年珠海银隆纯电动客车销售量跃升至3189辆,实现全年销售订单近7000辆,年增长率2228%,销售总金额超过40亿元,2016年预计可增加三倍左右;

综上述:技术的发展总是充满坎坷和曲折,实业为国之基石!振兴实业为我国长远发展的根本基础,实业家更是发展实业的领头羊;不苛求所有人理解赞同,只希望在不了解不清楚情况的条件下给予宽容!

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