详解锂离子电池负极材料钛酸锂的研究应用

目前商业化的锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳材料，碳材料存在一些致命的缺陷，如材料制备方法较复杂；在循环过程中易形成表面钝化膜，导致容量损失；同时易洗出锂枝晶使电池短路，从而引发安全问题等。同碳负极材料相比，合金类负极材料具有较高的比容量，但其循环性能相对较差，因此有必要开发能满足倍率和安全要求的新型负极材料。

钛酸锂离子电池应用：便携式电动工具、储能电源；汽车应急启动电源、电池模块、储能基站电源；太阳能光电产品、LED照明；替代超级电容、存储电源。

钛酸锂离子电池因其固有的特性被认为是用于大功率锂离子电池中最有前途的阳极材料之一。一方面它具有较高的嵌锂电位，可防止锂枝晶的出现和固体电解质界面膜的形成，从而安全性能得到提高；

另一方面钛酸锂在锂嵌入/脱嵌过程中体积变化非常小，因此被称为零应变材料，这种零应变材料使其具有优良的可逆性和较长的寿命，虽然钛酸锂在锂离子电池中具有很大的应用潜力，但其电导率低，锂离子扩散系数小，在一定的程度上阻碍了其发展。

钛酸锂被作为一种备受关注的负极材料，因具有如下优点：

1）钛酸锂在脱嵌锂前后几乎零应变（脱嵌锂前后晶胞参数a从0.836nm仅变为0.837nm）；

2）嵌锂电位较高（1.55V），防止锂枝晶出现，安全性较高；

3）在充放电过程中几乎不发生结构改变，循环性能良好；有很好的充放电平台；

4）化学扩散系数和库伦效率高；

5）与商品化的碳负极材料相比，通常具有更好电化学性能和安全性。

与传统的商业化碳负极材料相比，钛酸锂具有较高的嵌锂电势，能够阻止电极表面电解液被还原。而且作为零应变嵌锂材料，钛酸锂在充放电过程中具有优越的可逆性，结构稳定性和卓越的锂离子迁移率，因此钛酸锂具有较好的循环性能和安全性能。尽管钛酸锂具有上述诸多优点，但是钛酸锂的电子电导率很低，限制了其商业应用。

钛酸锂作为锂离子电池负极材料，面对着导电性和大电流充放电性能差、密度低的问题。目前解决导电性问题的方法，重要是在颗粒加入一定量的碳，但效果并不是很好，钛酸锂负极的制备，重要是采用固相反应法和溶胶-凝胶法。

钛酸锂作为零应变材料，在锂离子电池负极材料中具有着重要的用途，虽然其自身存在导电性差、高倍率性能衰减较快等问题，制约着钛酸锂在锂电中的应用，但基于钛酸锂的高安全性，高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。钛酸锂材料作为动力和储能锂离子电池负极材料有着巨大的研究价值和商业应用前景。