尖晶石钛酸锂及其在锂离子动力电池中的应用

　　
图8 东芝的电池和高倍率循环性能曲线

图9 东芝钛酸锂电池应用于电动自行车的示意图

3 材料研发现状

　　虽然国内外很多的大专院校、科研院所以及公司企业都在进行钛酸锂的研究，但能提供样品的单位不多。目前国内只有深圳的两家公司以及台湾的一家公司可以提供样品。这些公司的样品中，深圳A公司的样品是经过包碳处理的，外观为黑色粉末；其余几家公司的样品为纯钛酸锂白色粉末。表1为各公司样品物性参数测试结果；图1为几家公司样品的扣式电池1C充放电测试对比结果。

表1 各公司样品物性参数表

图1 几家公司钛酸锂样品循环性能对比图

从测试对比结果可以看出，深圳A公司的样品比容量高，循环性能稳定，综合性能明显优于其它公司的样品；美国某公司宣称其应用自己的专利技术生产出了性能优异的钛酸锂，通过化学技术使钛酸锂比表面积达到约100m2/g，由于其较大的比表面积，可使电子迅速嵌入和脱出，从而可以实现快速充放电，提供大电流，制造的电池循环性能和倍率性能异常出色；但我们通过某些渠道拿到其样品，测试结果并不理想。

　　另外，德国南方化学（Süd-Chemie）公司在2007年成为加拿大Phostech Lithium 公司的控股公司后，开始涉足锂离子电池材料行业，该公司宣称研制出了性能优异的钛酸锂产品，并可以提供1公斤免费样品。

图2 南方化学钛酸锂的XRD图



图3 南方化学钛酸锂的SEM图和倍率充放电曲线图

4 展望

　　目前国内Li4Ti5O12存在的主要问题是倍率性能较差，在高倍率环境下工作时，Li4Ti5O12比容量衰减迅速。而对于锂离子动力电池的实际应用，高倍率工作特性是决定其能否获得商业化应用的关键因素之一，因此提高Li4Ti5O12的高倍率性能将成为研究的主要方向；我们认为掺杂和包覆碳是提高Li4Ti5O12倍率性能的简单有效途径，最有可能在实际生产中得到大规模应用。

　　在应用上，由于Li4Ti5O12具有的“零应变”特性、较大的离子扩散系数、高的热稳定性等特点，特别适合作为锂离子动力电池负极材料使用，未来几年Li4Ti5O12电池最有可能作为HEV动力电池率先得到应用。