钛酸锂电池的参数及特性

钛酸锂电池（Li₄Ti₅O₁₂，简称LTO）是一种以钛酸锂为负极材料的锂离子电池，具有高安全性、长循环寿命和优异的快充性能，但能量密度较低。以下是其主要参数和特性：

1. 基本电化学参数

• 负极材料：Li₄Ti₅O₁₂（钛酸锂）

• 正极材料：常用LiMn₂O₄（锰酸锂）、LiFePO₄（磷酸铁锂）或三元材料（NMC）。

• 标称电压：2.4V（取决于正极材料，如LTO/LMO为2.4V，LTO/LFP为1.9V）。

• 工作电压范围：1.5V–2.7V（具体因正极材料而异）。

• 理论容量：175 mAh/g（基于钛酸锂负极）。

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2. 性能参数

• 能量密度：

  • 质量能量密度：50–110 Wh/kg（显著低于石墨负极电池，如NMC三元电池的200+ Wh/kg）。

  • 体积能量密度：100–200 Wh/L。

• 功率密度：3000–5000 W/kg（支持超高倍率充放电）。

• 循环寿命：10,000–20,000次（80%容量保持率，远超石墨负极电池的1000–2000次）。

• 库仑效率：> 99.9%（几乎无副反应）。

3. 环境与安全特性

• 热稳定性：

  • 分解温度 > 300°C（石墨负极约60–120°C）。

  • 无锂枝晶生成，避免短路风险。

• 安全性：通过针刺、过充、高温等滥用测试（不燃烧、不爆炸）。

• 工作温度范围：-40°C 至 +60°C（低温性能优异）。

4. 快充与效率

• 充电时间：可支持5C–10C快充（6–12分钟充至80%）。

• 自放电率：< 2%/月（优于传统锂电）。

5. 缺点

• 低能量密度：因钛酸锂的高电位（1.55V vs. Li⁺/Li）和较重分子量。

• 成本高：钛原料和特殊工艺导致价格是石墨负极电池的1.5–2倍。

6. 典型应用场景

• 电动汽车快充巴士（如日本东芝SCiB电池）。

• 电网储能（长周期循环需求）。

• 军工/航天设备（极端温度环境）。

• 启停系统（频繁充放电场景）。

7. 对比其他锂电技术

总结

钛酸锂电池的核心优势是超长寿命、超快充电和绝对安全，适合对能量密度要求不高但需高频使用的场景。其参数设计需权衡能量密度与耐久性，是特种领域的理想选择。