6、鈦酸鋰(Li4Ti5O12)
鈦酸鋰(LTO)電池是一種可充電電池,其優(yōu)點(diǎn)是充電速度比其他鋰離子電池快,但缺點(diǎn)是能量密度低得多。
鈦酸酯電池被用于三菱的i-MiEV[3]電動(dòng)車(chē),本田在其EV-neo電動(dòng)自行車(chē)和Fit電動(dòng)車(chē)中使用它們。它們還被用于Tosa概念電動(dòng)巴士。由于其高水平的安全性和充電能力,LTO電池被用于汽車(chē)音響應(yīng)用以及移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備。三星Galaxy Note 20 Ultra 5G所配備的S-Pen也使用了LTO電池。
根據(jù)Weatherflow公司的一篇文章,Tempest氣象站設(shè)備包含一個(gè)1300mAh的LTO電池,通過(guò)四個(gè)太陽(yáng)能電池板充電,需要 "每?jī)芍苤辽?小時(shí)的充足陽(yáng)光"。
化學(xué)
鈦酸鋰電池是一種改良的鋰離子電池,在其陽(yáng)極表面使用鈦酸鋰納米晶體,而不是碳。這使陽(yáng)極的表面積約為每克100平方米,而碳的表面積為每克3平方米,允許電子快速進(jìn)入和離開(kāi)陽(yáng)極。這使得快速充電成為可能,并在需要時(shí)提供高電流。鈦酸鋰電池還可以持續(xù)3000至7000個(gè)充電周期;一個(gè)消息來(lái)源聲稱,在55℃(131°F)而不是標(biāo)準(zhǔn)的25℃(77°F)下充放電時(shí),循環(huán)壽命達(dá)到約1000次,才能達(dá)到80%的容量。
鈦酸鋰電池的一個(gè)缺點(diǎn)是,它們的固有電壓較低(2.4V),這導(dǎo)致其比能量(約30-110 Wh/kg)低于傳統(tǒng)的鋰離子電池技術(shù),后者的固有電壓為3.7V,盡管一些鈦酸鋰電池?fù)?jù)說(shuō)能量密度高達(dá)177 Wh/L。
自二十世紀(jì)八十年代以來(lái),鈦酸鋰陽(yáng)極的電池已為人所知。鈦酸鋰代替典型鋰離子電池陽(yáng)極中的石墨,并且材料形成尖晶石結(jié)構(gòu)。陰極可以是錳酸鋰或NMC。鈦酸鋰的標(biāo)稱電池電壓為2.40V,可以快速充電,并提供10C的高放電電流。據(jù)說(shuō)循環(huán)次數(shù)高于常規(guī)鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)。鈦酸鋰是安全的,具有出色的低溫放電特性,在-30°C(-22°F)時(shí)可獲得80%的容量。
LTO(通常是Li4Ti5 O12)零應(yīng)變,沒(méi)有SEI膜形成和在快速充電和低溫充電時(shí)無(wú)鋰電鍍現(xiàn)象,因而具有優(yōu)于傳統(tǒng)的鈷摻混的Li-離子與石墨陽(yáng)極的充放電性能。高溫下的熱穩(wěn)定性也比其他鋰離子體系好; 然而,電池價(jià)格昂貴。比能量低,只有65Wh/kg,與NiCd相當(dāng)。鈦酸鋰充電至2.80V,放電結(jié)束時(shí)為1.80V。圖13顯示了鈦酸鋰電池的特性。典型用途是電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),UPS和太陽(yáng)能路燈。
圖13:銀隆鈦酸鋰電池 鈦酸鋰在安全性,低溫性能和壽命方面表現(xiàn)出色。正在努力提高比能量和降低成本。 |
匯總表
鈦酸鋰:可以是錳酸鋰氧化物或NMC; Li4Ti 5O12(鈦酸鹽)陽(yáng)極 簡(jiǎn)稱:LTO或Li-鈦酸鹽,2008年左右開(kāi)始銷售。 | |
電壓 | 2.40V標(biāo)稱值; 典型工作范圍1.8-2.85V; |
比能(容量) | 50-80Wh/kg |
充電(C率) | 1C典型; 最大5C,充電至2.85V |
放電(C率) | 10C可能,30C 5s脈沖; LCO/LTO截止電壓1.80V |
循環(huán)壽命 | 3,000-7,000 |
熱失控 | 一種最安全的鋰離子電池 |
應(yīng)用 | UPS,電動(dòng)動(dòng)力總成(三菱i-MiEV,本田飛度EV), 太陽(yáng)能路燈 |
注釋 | 壽命長(zhǎng),充電快,溫度范圍寬,比能量低,價(jià)格昂貴。最安全的鋰離子電池。 |
表14:鈦酸鋰的特性
圖15比較了基于鉛,鎳和鋰體系的比能。雖然鋰鋁(NCA)通過(guò)比其他系統(tǒng)儲(chǔ)存更多容量而成為明顯的贏家,但它僅適用于特定場(chǎng)景的電源使用。就比功率和熱穩(wěn)定性而言,錳酸鋰(LMO)和磷酸鋰(LFP)優(yōu)異。鈦酸鋰(LTO)的容量可能較低,但它的壽命超過(guò)了其他大多數(shù)電池,并且具有最佳的低溫性能。
圖15:鉛,鎳和鋰基電池的典型比能量
NCA享有最高的比能量; 然而,錳酸鋰和磷酸鐵鋰在比功率和熱穩(wěn)定性方面優(yōu)越。鈦酸鋰具有最好的使用壽命。
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