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Componentes y estructura de la batería de titanato de litio Introducción
- Jun 20, 2018 -

Las baterías de titanato de litio constan de placas positivas y negativas (triodo de litio para materiales activos positivos, titanato de litio para electrodos negativos), separadores, electrolitos, pestañas y carcasas de acero inoxidable (aleación de aluminio). Las placas positivas y negativas son las áreas de reacción electroquímica. El diafragma y el electrolito proporcionan canales de transmisión Li +, y las pestañas sirven para guiar la corriente.

Cuando la batería está cargada, Li + migra del material ternario de litio a la superficie del cristal y se libera del material de la placa del electrodo positivo. Bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, el electrolito ingresa al electrolito, pasa a través del separador y luego migra a través del electrolito al cristal de titanato de litio del electrodo negativo. La superficie se incrusta en el material de estructura de espinela de titanato de litio negativo. Al mismo tiempo, los electrones fluyen a través de la lámina de aluminio del electrodo positivo, a través de las pestañas, postes de la batería, cargas, postes negativos y las corrientes negativas del oído del electrodo a los electrodos de la lámina de aluminio del electrodo negativo, y luego fluyen a través de los conductores al electrodo negativo de titanato de litio, para que la carga esté equilibrada.

Cuando la batería se descarga, el Li + se desentrelaza del material estructural de titanato de litio, entra en el electrolito, pasa a través del separador, migra a través del electrolito a la superficie del cristal de litio ternario y luego se vuelve a incrustar en el material de litio ternario . Al mismo tiempo, el electrodo de papel de aluminio, que fluye a través del conductor hasta el electrodo negativo a través del conductor, fluye a través de la lengüeta, el polo negativo de la batería, la carga, el polo positivo y la lengüeta positiva del polo al aluminio. el electrodo de lámina del polo positivo de la batería, y luego fluye a través del conductor al polo positivo de litio trivalente. Haga que la carga se equilibre.

Por lo tanto, el principio básico de la batería de titanato de litio es que durante el proceso de carga y descarga, los iones de litio correspondientes se insertan entre los electrodos positivo y negativo para completar la carga y descarga de la batería y el suministro de energía a la carga. Diagrama de carga y descarga de la batería de titanato de litio como se muestra.

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Cuando la batería está cargada, el electrodo positivo pierde electrones y los iones de litio se liberan y se incrustan en el electrodo negativo. Cuando el electrodo negativo se intercala con iones de litio, los electrones se vuelven ricos en litio al mismo tiempo. El proceso es exactamente el opuesto cuando se descarga. Durante la reacción de intercalación o desintercalación de Li +, el titanato de litio (Li4TI5O12) es un material de electrodo integrado ideal. La inserción y desintercalación de Li + casi no tienen influencia en la estructura del material, por lo que se denomina material de "deformación cero". Asegure su buen rendimiento de ciclo.

El titanato de litio tiene dos fases diferentes de estructura molecular: Li7TI5O12 y Li4TI5O12. Tanto la estructura cristalina de Li7Ti5O12 como la estructura cristalina de Li4Ti5O12 son estructuras de espinela con pocos cambios en la constante de retícula y pequeños cambios de volumen. Puede evitar el colapso de la estructura del material del electrodo durante el ciclo de carga y descarga, a fin de mejorar el rendimiento del ciclo y la vida útil del electrodo, reducir la atenuación de la capacidad con el aumento del número de ciclos, de modo que el titanato de litio tiene un excelente rendimiento de ciclo. .

La ecuación de la reacción electroquímica de la batería de titanato de litio:

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La ecuación de la reacción química total:

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Composición de la estructura de la batería de titanato de litio :

Electrodo positivo: fosfato de hierro y litio, manganato de litio o material ternario, óxido de litio y níquel manganeso.

Electrodo negativo: material de titanato de litio.

Diafragma: separador de batería de litio con carbono como electrodo negativo.

Electrolito: electrolito de batería de litio con carbón como ánodo.

Caja de batería: caja de batería de litio con carbón como electrodo negativo.

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Ventajas de la batería de titanato de litio

La batería de titanato de litio tiene tamaño pequeño, peso ligero, alta densidad de energía, buen rendimiento de sellado, sin fugas, sin efecto de memoria, baja tasa de autodescarga, carga y descarga rápidas, vida útil prolongada, amplio rango de temperatura de funcionamiento, seguridad y estabilidad, y protección del medio ambiente Tales características, por lo que tiene una amplia gama de posibilidades de aplicación en el campo de la potencia de comunicaciones.

Cuando se usa titanato de litio como material de electrodo negativo, la meseta potencial es tan alta como 1,55 V, que es más de 1 V más alta que el material de electrodo negativo de grafito convencional. Aunque se pierde cierta densidad de energía, también significa que la batería es más segura. Lu Blu-ray, un experto técnico, una vez afirmó que cuando la batería se carga rápidamente, el requisito de voltaje para el electrodo negativo es relativamente bajo, pero si es demasiado baja, la batería de litio puede precipitar fácilmente el litio metálico muy activo. Este ion de litio no solo conduce electricidad, sino que también reacciona con el electrolito, y luego libera calor, produce gases combustibles y provoca un incendio. El titanato de litio evita que la tensión negativa sea 0 debido a la alta tensión de 1 V, que evita indirectamente la precipitación de iones de litio, lo que garantiza la seguridad de la batería.

Dado que las baterías de titanato de litio se pueden utilizar de forma segura en ambientes de alta temperatura y baja temperatura, también demuestran sus importantes ventajas de resistencia a altas temperaturas (especialmente baja resistencia a la temperatura). En la actualidad, el rango de temperatura de trabajo seguro de la batería de litanatos de litio Lilong se encuentra entre -50 grados y 65 grados, y la energía de las baterías negativas de grafito normales comienza a disminuir cuando la temperatura es inferior a -20 grados, y la capacidad de carga es única. 30 grados. El 14% de la capacidad total de carga no funciona en absoluto en climas fríos. Además, dado que la batería de titanato de litio tiene un cambio de volumen del 1% incluso si está sobrecargada, se denomina material de deformación nula, lo que le otorga una vida extremadamente larga. Yin Longchang, presidente de Yinlong, una vez afirmó que la vida útil de la batería de litanatos de litio Lilong puede alcanzar los 30 años, lo que equivale a la vida útil del automóvil, mientras que la vida promedio de los materiales normales de electrodos negativos de grafito es de solo 3-4 años . Desde la perspectiva de todo el ciclo de vida, el costo de la batería de titanato de litio es menor.

La última ventaja del titanato de litio es su capacidad de carga y descarga rápida y su alta tasa de carga. Actualmente, la tasa de carga de las baterías de titanato de plata y plata es de 10 ° C o incluso de 20 ° C, mientras que la de los materiales de ánodo de grafito ordinarios es de solo 2 ° C a 4 ° C. En base a estas características técnicas de las baterías de titanato de litio, la industria cree que satisface las necesidades de los nuevos autobuses de energía y los equipos de almacenamiento de energía a gran escala.

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Desventajas de la batería de titanato de litio

El excelente rendimiento de seguridad hace que el estudio de las baterías de titanato de litio se convierta en un punto caliente, pero el material Li4Ti5O12 en sí tiene una baja conductividad de electrones (10-13S / cm) y un coeficiente de difusión de iones de litio (10-10 ~ 10-13cm2 / S) . ) Limitó enormemente la aplicación con gran aumento. Algunos estudiosos han demostrado que, después del tamaño de las nanopartículas, Li4Ti5O12 puede expandir el área de reacción efectiva y reducir la distancia de difusión, mejorando significativamente el rendimiento de la tasa del material. Sin embargo, se debe señalar que el proceso de nanocristalización de partículas de material a menudo es difícil y requiere altos costos. En la actualidad es difícil lograr una producción industrial a gran escala.

Las baterías de titanato de litio continuarán produciendo gas durante el ciclo, causando que el paquete de batería se abulte, especialmente a altas temperaturas, afectando el contacto del electrodo positivo y negativo, aumentando la impedancia de la batería, afectando el rendimiento de la batería. Este es también uno de los principales obstáculos para limitar la amplia aplicación de titanato de litio como material de electrodo negativo en las baterías.

La dificultad del desarrollo de la tecnología de baterías de titanato de litio   y su dirección de desarrollo

1. Razones para desarrollar la tecnología de baterías de titanato de litio en China

La competencia de la tecnología de baterías de titanato de litio en las diversas baterías de almacenamiento de energía de China debería aprovechar el tiempo, la ubicación y la gente. En términos de vida útil, el ciclo de vida prolongado de las baterías de titanato de litio es mucho mejor que el de las baterías de plomo-ácido de varios tipos; su eficiencia, costo y rendimiento electroquímico son incluso mejores que los del flujo de sodio y azufre y el vanadio líquido.

La base de población de China representa aproximadamente 1/5 de la población mundial . Debido a su gran población, el mercado chino de vehículos eléctricos, almacenamiento de energía y aplicaciones industriales es un gran mercado codiciado por compañías multinacionales en muchos países. En los últimos años, el gobierno chino ha otorgado gran importancia al desarrollo de los vehículos eléctricos y las industrias de almacenamiento de energía, y se han introducido varias políticas nacionales de estímulo. Los sistemas de baterías de titanato de litio fabricados en China han acumulado datos de aplicaciones comerciales durante varios años en autobuses eléctricos híbridos en Chongqing y Europa, estaciones de almacenamiento de demostración en Zhangbei y la central eléctrica de almacenamiento energético Shenzhen Baoqing.

Además, las industrias aguas arriba y aguas abajo de la industria de baterías de litio de China ya se han convertido en un clima, además de una completa capacidad de producción de material de batería y equipos, la capacidad de producción de baterías de litio es también Japón y Corea del Sur tres puntos. Esto ha hecho que los fabricantes de baterías de litio de China tengan una condición inherente para la transición de la producción tradicional de litio a la producción de baterías de titanato de litio.

China ya ha tenido empresas tan poderosas y experimentadas como Lithium Titanate, Sichuan Yinlong, Zhuhai Yinlong y Huzhou Weihong. Las empresas representativas que han surgido en la producción de baterías de titanato de litio incluyen Huzhou Weihong, Zhuhai Yinlong, Shenzhen Boleida y Tianjin Jiewei.

Estas empresas ya han establecido sus propios canales de venta en el hogar y en el extranjero en el mercado de vehículos eléctricos y almacenamiento de energía. En particular, vale la pena señalar que Shenzhen Boreda posee una serie de tecnologías patentadas y derechos de propiedad intelectual que van desde la producción de materiales hasta la producción de baterías y la integración de sistemas. En la actualidad, la industria de la energía de litio de China sigue siendo un fabricante poco común con derechos de propiedad intelectual independientes.

2 . La dirección de desarrollo futura de la tecnología de titanato de litio

Finalmente, es necesario resumir exhaustivamente las ventajas y desventajas del titanato de litio como un electrodo negativo de litio. Las ventajas son: seguridad ultra alta, larga vida, rango de alta y baja temperatura, alta potencia, bajo costo y protección del medio ambiente. Desventajas: el material de titanato de litio tiene baja densidad de energía, fuerte absorción de agua, altos requisitos ambientales para la producción de baterías, actualización correspondiente del proceso de producción, nuevo proceso requiere inversión en equipos necesarios y mayor control de humedad y batería de titanato de litio. completamente abierto.

 


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