全了！详解钛酸锂电池的组成部分、结构以及钛酸锂电池优缺点

钛酸锂电池原理

钛酸锂电池由正、负极板（正极活性物质为三元锂，负极为钛酸锂）、隔膜、电解质、极耳、不锈钢（铝合金）外壳等组成。正负极板是电化学反应的区域，隔膜、电解质提供Li+的传输通道，极耳起到引导电流的作用。

电池充电时，Li+从三元锂材料中迁移到晶体表面，从正极板材料中脱出，在电场力的作用下，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到负极钛酸锂晶体的表面，然后嵌入负极钛酸锂尖晶石结构材料中。与此同时，电子流通过正极的铝箔，经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铝箔电极，再经导电体流到钛酸锂负极，使电荷达至平衡。

电池放电时，Li+从钛酸锂尖晶石结构材料中脱嵌，进入电解液，穿过隔膜，再经电解质迁移到三元锂晶体的表面，然后重新嵌入到三元锂材料中。与此同时，电子经导电体流向负极的铝箔电极，经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极，然后再经导电体流到三元锂正极，使电荷达至平衡。

由此可见，钛酸锂电池基本原理，就是在充、放电的过程中，对应的锂离子在正负极之间来回的嵌脱，完成电池的充放电和向负载的供电。钛酸锂电池的充放电示意图如图所示。

电池充电时，正极失去电子，锂离子脱出，嵌入到负极中;负极嵌入锂离子的同时得到电子成为富锂态。放电时的过程正好相反。在Li+嵌入或脱嵌的反应过程中，钛酸锂（Li4TI5O12）是一种理想的嵌入型电极材料，Li+插入和脱嵌对材料结构几乎没有影响，因此被称作“零应变”材料，从而保证了其良好的循环性能。

钛酸锂循环寿命曲线

钛酸锂存在两种不同相的分子结构——Li7TI5O12与Li4TI5O12。产生Li7TI5O12的晶体结构与Li4Ti5O12的晶体结构均为尖晶石结构，且晶格常数变化很小，同时体积变化也很小。能够避免充放电循环中电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少了随循环次数的增加而带来容量的衰减，使钛酸锂具有优良的循环性能。

钛酸锂电池的电化学反应方程式：

总化学反应方程式：

钛酸锂电池的结构组成

钛酸锂电池微观三维结构

正极：磷酸铁锂、锰酸锂或三元材料、镍锰酸锂。

负极：钛酸锂材料。

隔膜：以碳作负极的锂电池隔膜。

电解液：以碳作负极的锂电池电解液。

电池壳：以碳作负极的锂电池壳。

钛酸锂(LTO)特性

钛酸锂(LTO)材料在电池中作为负极材料使用，由于其自身特性的原因，材料与电解液之间容易发生相互作用并在充放循环反应过程中产生气体析出，因此普通的钛酸锂电池容易发生胀气，导致电芯鼓包，电性能也会大幅下降，极大地降低了钛酸锂电池的理论循环寿命。测试数据表明，普通的钛酸锂电池在经过1500-2000次左右的循环就会发生胀气的现象，导致无法正常使用，这也是制约钛酸锂电池大规模应用的一个重要原因。

钛酸锂电池的胀气形式

钛酸锂(LTO)电池性能改进是单个材料的性能的提升以及各关键材料的有机整合的综合体现。针对快速充电与长使用寿命的要求，除负极材料以外，还要针对锂离子电池的其他关键原材料(包括正极材料、隔膜、以及电解液)，同时结合特殊的工程化工艺经验，最终形成了"不胀气"的钛酸锂LpTO电池产品，并首先实现了在电动公交客车上的批量应用。

测试数据表明，在6C充电，6C放电，100%DOD的条件下，钛酸锂LpTO单体电池的循环寿命超过25 000次，剩余容量超过80%，同时电芯产生的胀气现象不明显，不影响其寿命;而重庆快速充电纯电动公交的实际应用情况也表明，在电池成组以后，电性能的表现也相当优异，可以保证纯电动公交客车的日常商业化运营。

钛酸锂电池优点

采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择，其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关注.为了满足电动车辆对车载型离子动力电池的要求，研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点。

与碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5O12具有明显的优势:

1、它为零应变材料，循环性能好;

2、放电电压平稳，而且电解液不致发生分解，提高锂电池安全性能;

3、与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s)，可高倍率充放电等。

钛酸锂电池6C倍率放电倍率

4、钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂枝晶，为保障锂电池的安全提供了基础。

钛酸锂作为负极材料时电位平台高达1.55V，比传统石墨负极材料高出1V还多，虽然损失了一些能量密度，但也意味着电池更加安全。技术专家卢蓝光曾表示，电池快速充电时对负极电压需求比较低，但如果过低，锂电池就容易析出非常活泼的金属锂，这种锂离子不仅导电，还能跟电解液起反应，然后释放热量，产生可燃气体，引发火灾。而钛酸锂因为高出来的1V电压避免了负极电压为0的情况，也就间接避免了锂离子的析出，从而保证了电池的安全性。

5、由于钛酸锂电池在高温、低温环境中均可以达到安全使用，也体现出其耐宽温（尤其耐低温）的重要优势。 目前，银隆钛酸锂电池的安全工作温度区域在-50度到65度之间，而普通石墨类负极电池在温度低于-20度时能量就开始衰减，-30度时充电容量仅为充电总容量的14%，在严寒天气下根本无法正常工作。此外，由于钛酸锂电池即便过度充电，也仅有1%的体积变化，被称为零应变材料，这使其有着极长的寿命。银隆董事长魏银仓曾表示，银隆钛酸锂电池寿命可达30年，与汽车使用寿命相当，而普通石墨负极材料电池平均寿命不过3-4年。从全寿命周期看，钛酸锂电池成本更低。

6、钛酸锂的最后一个优势是快速充放电能力强，充电倍率高。 目前银隆钛酸锂电池的充电倍率有10C、甚至20C，而普通石墨负极材料的电池充电倍率仅有2C-4C。基于钛酸锂电池的这些技术特点，业内人士认为其契合了新能源公交车、大型储能装备的需求。

钛酸锂电池缺点

商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料，但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端:

1、过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能;

2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大;

3、即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂)，并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。

4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。

然极佳的安全性能使得对钛酸锂离子电池的研究成为热点，但是Li4Ti5O12材料本身的较低的电子电导率（10-13S/cm）和锂离子扩散系数（10-10~10-13cm2/S）极大地限制了在大倍率充放下的应用。有学者研究表明，将Li4Ti5O12的颗粒尺寸纳米化以后可以扩大有效的反应面积和减小扩散距离，从而显著的提升材料的倍率性能。但是需要指出的是，材料颗粒纳米化的过程往往比较困难，需要较高的成本，目前难以实现大规模的工业生产。

钛酸锂电池在循环使用中会发生持续产气，导致电池包鼓胀，高温时尤其严重，影响正负极的接触，增加电池阻抗，影响电池性能的发挥。这也是限制负极材料钛酸锂广泛应用到电池中的主要障碍之一。

什么是锂亚电池？什么是锂锰电池？两者有何区别？

锂亚电池和锂电池的差别:

锂亚硫酰氯电池化学名为Li?SOCl2,称之为锂亚电池。因其特殊化学特性，钝化处理效用，其年自放电电流低于1%，贮存使用寿命达10年及以上，因此广泛用于智能水表，电度表和天然气表里做开关电源。

锂亚电池是一次性电池，不能电池充电。锂电池是电池充电电池，能够反复电池充电。

亚硫酰氯电池化学名为Li?SOCl2,称之为锂亚电池。因其特殊化学特性，钝化处理效用，其年自放电电流低于1%，贮存使用寿命达10年及以上，因此广泛用于智能水表，电度表和天然气表里做开关电源。

锂亚电池是一次性电池，不能电池充电。锂电池是电池充电电池，能够反复电池充电。

这个回答前边是没有问题的，后边的((锂电池是电池充电电池，能够反复电池充电。))这一是错误的。锂电池是指一次性的锂原电池，有锂亚电池、锂锰电池、锂硫电池、锂铁电池等，全是原电池，不能充电。充电称为蓄电池，应当称锂离子电池电池，电压是3.7V的，也是有磷酸铁锂做电池正极材料的锂离子电池电池3.2V的标称电压。锂亚电池广泛应用于三表(智能电能表、远传水表、智能化气表)里边，及其一些特殊的用处。但是兄弟你水准还是很不错的，近期看了好多这一块的材料，对于这个差别和区别在于察觉到了。LithiumBattery锂(原)电池、Lithiumionbattery锂离子电池电池充电，英语里有差别，大家汉语优化了。

锂亚电池和锂锰电池都属于一次性锂电池，即电池自身的容积耗完以后不能再电池充电。

锂亚电池全名字叫做锂亚硫酰氯电池,Li-Socl2，正级是亚硫酰氯，填充因子3.6V，终止电压在2.0V。

锂锰电池全名字叫做锂二氧化锰电池，Li-MnO2，正级是二氧化锰，填充因子3.0V，终止电压1.8V。

客户在采用电池时不仅考虑到工作标准电压，还要考虑到电池的容积、浪涌电流、容积和各生产厂家生产制造水准。

锂亚电池机壳一般是应用铝壳的，武汉市孚德森科技技术锂亚电池采用的是304304不锈钢，然而有的不当生产厂家为降低成本应用外壳。在挑选时应细心鉴别。

锂锰电池：全名锂-二氧化锰电池(Lithium-manganesedioxide、Li-MnO2)。在原有电池中，以金属锂做为阳极氧化二氧化锰做为负极，在原有电池中，阳极氧化是负极，电子器件由负极流入正级，电流量由阳极流入负极;在电解池中阳极氧化与正级相接，在阳极氧化上发生氧化反应是指水溶液的阳离子。与负极(cathode)相匹配。

中小型锂电池是最常见的，携带式电子产品，如便携式电脑，腕表，监控摄像头，数码照相机，温度表，计算方式，笔记本的BIOS，通信设备，遥控器车门。她们有很多形状尺寸，与普遍品种，3伏的“钱币”型锰种类，一般外径为20mm和1.6-4mm厚。很多这种机器的超重型用电需求，是锂离子电池电池的一个尤其引人注目的挑选。锂电池，尤其是能够很方便地适用短暂，厚重的机器设备，如数码照相机现阶段的要求，跟他们保持一个比较长的时间对比偏碱电池的工作电压比较高。

锂-锰电池：我们首先来了解一下锂电池的类型。锂电池是当前应用较多锂扣子电池(最开始大家称之为液态水银电池，由于污染容量之故已经慢慢被锂-锰秘方替代)基本上工作电压为3.0V，最大容量可以达到1200mAH。此电池可设计为轻巧简短且容积强的情况。再加上放电曲线平稳，所以许多新科技产品如主板都采用它来当计算机内存的预留电池。除此之外，被设计为圆柱状的锂电池则具备高容，低内电阻，能够一瞬间释放高电压，是相机电池市场极好挑选。但是，由于它的原材料金属锂具备非常高的化学活性，因而不适合用过超过同一电池中，以防止有发生发生爆炸的危险性。

锂-二氧化锰电池以通过新工艺处理二氧化锰为正级活性物质，以高电位、高能量密度的金属锂为负极活性物质，锰酸锂电池选用导电性优良的有机溶液的酸碱性，电池构造有密封式或半密封性二种构成方式。自然，密封式安全性和保质期都会比半封闭的好一些。

锂-二氧化锰电池负极是金属锂，正级活性物质是二氧化锰。电解质溶液是碳酸盐高氯酸锂(LiClO4)，溶解于碳酸丙烯酯(PC)和1、2-二甲氧基己烷(DME)的组合有机溶液中，其化学表达式为：

(-)Li/LiClO4—PC DME/MnO2( )电池负极反映：Li→Li e正级反映：MnO2 Li e→MnO2(Li )总反应：Li MnO2→MnO2(Li )

密封式锂锰电池

锂-二氧化锰电池的反应机理有别于一般电池，在一般水有机溶液中，负极锂融解中的锂离子电池根据电解质溶液转移进入MnO2的晶格常数中，形成MnO2(Li )。Mn由 4价复原为 3价，其分子结构不产生变化。

锂，质量数3，坐落于化学元素表第一主组的第一位，在已知金属材料中原子数较轻(6.94)，电极电势最负(-3.045V)，原素名来自希腊语，本意是“石块”。1817年由德国专家阿弗韦聪在研究透锂大理岩矿的时候发现。因其电位差最负，与适度的电池正极材料配对所组成的电池具备优异的电气性能。锂-二氧化锰电池是锂系列产品一次电池中最便宜的、安全系数比较好的电池种类。填充因子在3.3V上下，负载电压在2.8V，标称电压为3.0V，截止电压是2.0V，放电电压较为稳定，适宜功率大的充放电。

Li/MnO2光电催化管理体系能够根据不同设计和组织来制作，以满足不一样主要用途对微型化、综合化移动充电器的各个方面规定。它能够有很多种结构类型，包含硬币式、碳包式、缠绕式或正方形电池组体。

硬币电池

二氧化锰片冲着锂园盘负极，正中间用非编制聚丙稀膈膜分隔，膈膜侵透了电解质溶液。电池选用打卷缩小密封性。电池外壳作为正极其子，而外盖作为负极接线端子。这类硬币式电池维持使用寿命是3年。

CR扣式电池详解锂锰电池

CR扣式电池详解锂锰电池

电池的充放电化学反应

负极反映:Li→Li e-

正级反映:Mn 4O2 Li e-→Mn 3O2(Li )

总充放电反映:Mn 4O2 Li→Mn 3O2(Li )

锂-二氧化锰电池的填充因子大约为3V，放电电压稳定就是它的一大特点。

一.电池的重要特性

1.比能量

锂-二氧化锰电池的电压高达3V之上，是一般电池两倍，这会对大功率电器而言，则意味着可节约开关电源空间和时间缓解净重。

2.充放电特性

即便经过长时间的充放电，它依然保持好的工作工作电压，这极大地优化了大功率电器的安全性应用家用电器做到经久耐用(基本上无须拆换电池)的水平。

3.温度特性

高品质、导电性优良的有机溶液的酸碱性的应用，使电池可在-20℃～60℃环境温度内正常的工作中，通过新工艺及秘方，还能够满足-40～80℃的操作温度规定。

4.止漏特性

可信赖的密封设计和选用高质量的液压及正、负极活性物质，使电池具有较好的止漏特性。

5.工作中特点

因为有机化合物与锂的功效，在锂负极的表面产生一防护膜层，这也是锂电池能长期保持其特性不会改变的主要原因，加上高精密、可信赖的电池密封设计及其性能稳定活性物质的应用，使电池自放电率的年容降率可以控制在少于2%的水准。

CR扣式电池基本型号规格锂锰电池

CR扣式电池基本型号规格锂锰电池

二.电池的应用

锂锰扣式电池普遍地融入用以电子计算机主板、移动通信技术、C-MOS、S-RAM及电子器件内隐记忆。做支撑开关电源，运用在腕表、相机、话机、电饭锅、计算方式、考勤机、电子器件记事簿、血糖测试仪、耳温枪、控制器、电子器件闪亮商品、电子器件闪亮波鞋灯等日常电子设备。

圆柱型碳包式电池(动能型)

碳包式电池是两个圆柱型锂二氧化锰电池的一种，因为选用粗厚电级也最大量活性物质，使电池具备最大的一个能量密度。但由于限制电级面积，进而也限制电池的充放电实力，使之只有用以低电流量主要用途。电池盖紧有一个阀门，一旦出现机械设备或电乱用事情能够释放出来电池内压力。除开打卷密封性电池外，还能够做成焊合密封性电池，这种电池具备10年存储使用寿命，因此可用作存储器后备电源和其它低电流量主要用途。其为动能型，一般动能型锂二氧化锰电池型号规格后增加SE。比如：CR14335SE。没有SE乃是输出功率型。

锂锰电池碳包式框架图

锂锰电池碳包式框架图

圆柱型缠绕式电级Li/MnO2电池(输出功率型)

这样的设计专门用来高电流脉冲运用和持续高电流量充放电的场所。锂负极和正级(在导电性网络上的薄形、涂膏式电级)与配备在这两个电级之间微孔板聚丙稀膈膜之前缠绕成“胶片”状构造。选用该设计方案使电级面积扩大，进而提升了电池的放电率水平。

高电流量缠绕式构造电池含有一个阀门，还可以在电池碰到乱用情况时缓解压力，很多这类电池也配有可以恢复的正温度系数(PTC)元器件，可以限定电流量和避免因短路故障所造成的安全事故。

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