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深度:鈦酸鋰電池的氣脹原理和解決對策

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年09月08日  

LTO電池氣脹的影響因素和機理


水分


LTO材料由于其表面特殊性,納米級的顆粒非常容易吸水,且難以除去,下面是LTO表面吸水和CO2的反應原理示意圖:


主要反應如下,使LTO表面生成了LiOH和LiCO3


不同水分含量對LTO電池產氣的影響


可以看出隨著水分含量的升高,電池的產氣量越來越多,在首次化成中,普通石墨電極中的水在電位1.2V附近分解,而LTO電極中吸收的水分在化成后可能依舊存在,主要是其LTO的工作電位高于1.3V,殘留的水與電解液中的PF6-反應生成POF3,POF3化學催化了碳酸酯分解,進而產生了CO2,這是氣脹的主要氣體來源。


當正極電位達到3.5V以上時,導電劑或是LFP上包覆的C被氧化生成CO2,OH-與EC或PC類等碳酸酯的反應產物并結合CO2就生成了沉積在LTO表面的烷基碳酸脂類的低聚物,該低聚物是導致LTO電池循環性能惡化的主要原因。


電解液在LTO表面的還原分解


LTO電池產生的氣體主要成分包括H2、CO、CO2及小分子的烷烴、烯烴等,因此有機溶劑在LTO電極上的催化分解反應被認為是電池氣脹的主要來源。


反應機理如下圖:


CO2由有機溶劑的脫羧基反應產生;


烷基碳酸鹽中的烷氧基在LTO的催化作用下發生脫氫反應生成H2;


溶劑脫氫反應的中間產物也可以接受電子和Li+進行脫羰反應生成CO;其中CO2也可被還原成CO


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