目前，在國(guó)家大力倡導(dǎo)開發(fā)新能源及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的大環(huán)境下，鈦酸鋰以其優(yōu)異的安全性、超長(zhǎng)循環(huán)性能、快速充放電和超寬的高/低溫性能，成為新型鋰離子電池的負(fù)極材料研究熱點(diǎn)，其應(yīng)用前景也不斷拓展。

一、鈦酸鋰概述

鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）是一種由金屬鋰和低電位過渡金屬鈦的復(fù)合氧化物，屬于AB₂X₄系列，可被描述成尖晶石固溶體。Li₄Ti₅O₁₂最大的特點(diǎn)就是其“零應(yīng)變性”。

鈦酸鋰粉體及其SEM圖片

所謂“零應(yīng)變性”是指其晶體在嵌入或脫出鋰離子時(shí)晶格常數(shù)和體積變化都很小，小于1%。在充放電循環(huán)中，這種“零應(yīng)變性”能夠避免由于電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高電極的循環(huán)性能和使用壽命，減少循環(huán)帶來的比容量衰減，具有非常好的耐過充、過放特征。

鈦酸鋰作為鋰電池負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)：

二、鈦酸鋰制備方法

目前，鈦酸鋰制備方法主要有固相反應(yīng)法、溶膠-凝膠法及水熱離子交換合成法等。選擇不同的制備方法會(huì)導(dǎo)致鈦酸鋰粉體不同的晶體形貌，從而影響其電化學(xué)性能。所以合成方法的選擇與鈦酸鋰電池的電化學(xué)性能之間有著密切的聯(lián)系。

三、鈦酸鋰改性方法

鈦酸鋰作為鋰電池負(fù)極材料存在本征電子導(dǎo)電能力偏低的缺點(diǎn)，影響了負(fù)極在放電狀態(tài)時(shí)的導(dǎo)電率。通過表面包覆或摻雜等方法能提高電極的表面電導(dǎo)率，從而加快傳荷反應(yīng)速率可使電池的倍率性能的增強(qiáng)。目前包覆或摻雜等方法主要有碳摻雜包覆和金屬元素?fù)诫s。

1、碳摻雜包覆

碳包覆就是含碳添加物熱分解，從而在顆粒表面分散或包覆導(dǎo)電碳，以充當(dāng)導(dǎo)電橋的改性方法。碳源主要包括天然石墨、復(fù)合碳、乙炔黑和各種含碳多羥基有機(jī)化合物。碳包覆不僅能提高鈦酸鋰材料的電導(dǎo)率，它還能夠有效地防止顆粒間的團(tuán)聚，降低接觸內(nèi)阻，提高電池的倍率性能。

碳包覆鈦酸鋰粉體顆粒SEM圖片

2、金屬元素?fù)诫s

鈦酸鋰改進(jìn)行金屬摻雜的主要目的是：降低它的電極電位，提高電池比能量；提高材料的導(dǎo)電性，降低電阻和極化。對(duì)于低電導(dǎo)率的電極活性材料，要提高其導(dǎo)電性能，摻雜是較有效的方法。摻雜元素主要有Ag⁺、Zr²⁺、Cu²⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Zr⁴⁺、F^- 等及其復(fù)合摻雜。

（1）Ag⁺摻雜鈦酸鋰，有助于提高鈦酸鋰電池的容量和循環(huán)性，摻雜量為3%wt效果最佳。

（2）Zr²⁺摻雜鈦酸鋰，高倍率下首次循環(huán)容量和循環(huán)性顯著提升。

（3）Cu²⁺摻雜鈦酸鋰，顯著改善鈦酸鋰電池的高倍率循環(huán)性能。

    Ag⁺摻雜鈦酸鋰粉體SEM圖片      Zr²⁺摻雜鈦酸鋰粉體SEM圖片

Cu²⁺摻雜鈦酸鋰粉體SEM圖片

四、鈦酸鋰電池應(yīng)用

1、便攜式電動(dòng)工具、儲(chǔ)能電源；

2、汽車應(yīng)急啟動(dòng)電源、電池模塊、儲(chǔ)能基站電源；

3、太陽(yáng)能光電產(chǎn)品、LED照明；

4、替代超級(jí)電容、存儲(chǔ)電源。

五、國(guó)內(nèi)外鈦酸鋰電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)

1、鈦酸鋰材料

國(guó)際上對(duì)鈦酸鋰材料研究及產(chǎn)業(yè)化方面比較領(lǐng)先的有美國(guó)奧鈦納米科技公司、日本石原產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、英國(guó)莊信萬(wàn)豐公司等。其中美國(guó)奧鈦生產(chǎn)的鈦酸鋰材料無論在倍率、安全性、長(zhǎng)壽命及高低溫等方面性能優(yōu)異。國(guó)內(nèi)在鈦酸鋰材料量產(chǎn)方面已有多家，如四川興能、珠海銀隆、湖州微宏、深圳貝特瑞、湖南杉杉等企業(yè)。

2、鈦酸鋰電池

國(guó)際上能夠批量生產(chǎn)鈦酸鋰電池的廠家并不多，主要以美國(guó)奧鈦納米技術(shù)公司與日本東芝集團(tuán)為代表。鈦酸鋰電池的應(yīng)用市場(chǎng)主要有電動(dòng)車(巴士、軌道交通等)、儲(chǔ)能市場(chǎng)(調(diào)頻、電網(wǎng)質(zhì)量、風(fēng)場(chǎng)等)及工業(yè)應(yīng)用(港口機(jī)械、叉車等)。目前，國(guó)內(nèi)在鈦酸鋰電池生產(chǎn)方面已有多家，如湖州微宏、珠海銀隆、天津捷威、四川興能、中信國(guó)安盟固利、湖南杉杉等。

作者：李波濤

參考文獻(xiàn)：

1、華蘭，楊曉燕，康石林等. 摻雜Li₄Ti₅O₁₂作為鋰離子蓄電池負(fù)極材料[J]. 電池。

2、楊建華，鐘暉，鐘海云等. Li₄Ti₅O₁₂的合成及影響因素[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)。

3、唐致遠(yuǎn)，陽(yáng)曉霞等. 鈦酸鋰電極材料的研究進(jìn)展[J]. 電源技術(shù)。