钛酸锂离子电池鼓胀的原因

钛酸锂离子电池的胀气业界有三种提法：其一，钛酸锂材料容易吸水，吸附的水容易成为结晶水，在烘烤电池极片和电池芯时，水分不容易被去除，导致结晶水和电解液发生反应出现气体；其二，电解液在钛酸锂电极表面有较高的还原反应活性，钛酸锂颗粒表面有可能具有催化活性点，催化电解液溶剂的还原分解出现气体；其三，钛酸锂电极材料中可能有TiO2相，TiO2可能对电解液具有催化活性，使电解液发生还原分解出现气体。以上三种胀气机制目前都是基于猜测，尚未见相关的研究报道。

在研究过程中发现LTO电池不仅在化成过程中存在着严重的胀气，在后续循环使用过程中胀气现象始终存在，从而严重阻碍了LTO电池的商业化进程。目前产业界普遍认为LTO电池的胀气问题重要是材料自身容易吸水所导致的，但没有确切的证据来证明这一猜测；学术界对LTO电池胀气现象研究较少，有研究人员认为LTO材料在实际使用电压范围内（1V-3V）无法像碳负极相同形成完整的SEI膜抑制产气反应的进一步发生，因此在充放电过程中电解液始终与LTO表面直接接触，从而造成电解液有机溶剂在LTO材料表面持续还原分解，这可能是导致LTO电池胀气的根本原因。

众所周知，Li4Ti5012，在0~3V作时有两个氧化还原电位，分别在1.55和0.7左右。而大部分电解液溶剂在1.0以下不稳定，易被还原分解。因此，文献]指出Li4Ti501张气是由1.0以下电解液溶剂还原分解造成的，在Li4Ti501表面包覆一层碳膜阻断其与电解液的接触，就能抑制其胀气现象。然而，在实际应用中，发现即使Li4Ti5012在高于1.0V，比如1~3V工作时，仍有严重的胀气现象，特别是在高温时（高于50℃）。由此可见，还有其他原因导致Li4Ti5012胀气，这就要对Li4Ti5012的胀气机理进行深入的研究。He等发现，Li4Ti5012胀气是由其颗粒表面与电解液溶剂反应造成的，即由Li+02和[Li。

1/3Ti5/3构成的（111）晶面向由[Li1/3Ti5/3拘成的（222）晶面转变时造成的电解液分解，胀气气体的重要成分是CO2，CO及H2等。但是，Wu等通过比较不同电压下Li4Ti5012电极与石墨电极的胀气行为，发现Li4Ti5012胀气重要是由其高电化学电势导致的，并认为溶剂的分解机理为：链状碳酸酯重要分解为H2和可溶性气体；环状碳酸酯重要分解为烯烃类气体和不溶性盐。同时，Wu等通过分析Li4Ti5012在不同充电电压和放电电压下的交流阻抗谱，认为Li4Ti5012胀气是在Li4Ti5012充电到1.55~1.75时出现的，即在Li+脱出的过程中，电子被吸附在Li4Ti5012表面的羟基得到，从而出现气体，该过程可描述为：Ti3+H+→Ti4++0.5H2.