LTO 電池とは
LTO 電池は、リチウムイオン電池の負極材料です。チタン酸リチウムは、マンガン酸リチウム、三元材料、リン酸鉄リチウムなどの正極材料と組み合わせてリチウムイオン二次電池を形成できます。チタン酸リチウムは、高い安全性、高い安定性、長寿命、および環境保護の特性を備えています。
チタン酸リチウム電池の構成
正極：リン酸鉄リチウム、リチウムマンガン酸化物または三元材料、リチウムニッケルマンガン酸化物
負極：チタン酸リチウム材料
ダイヤフラム：炭素を負極とするリチウム電池セパレーター
電解液：負極として炭素を含むリチウムイオン電池電解液
電池ケース：負極にカーボンを使用したリチウム電池ケース
チタン酸リチウムの特徴
チタン酸リチウムは、独自の構造と特性のために提案されました。チタン酸リチウム(一般にLTOとして知られるLi4Ti5O12)空間群はFd3m、スピネル構造に属し、独自の3次元リチウムイオン拡散チャネルにより、優れた電力特性と高温および低温性能という利点があります。同時に、チタン酸リチウムの結晶構造は高度な安定性を維持することができ、リチウムイオン脱インターカレーションサイクル中の体積変化は1%未満です。これは、チタン酸リチウムが重要な負極材料になるための基礎を築きます。
さらに、LTOはバッテリーの潜在的な安全上の問題を排除し、最も安全なリチウムバッテリー負極材料として知られています。チタン酸リチウムの物理構造は、リチウム電池の負極材料として適しています。炭素アノード材料と比較して、チタン酸リチウムはLi+/Liに対して1.55Vの高い電位、175mAh/gの理論容量、2.4Vの開回路電圧、およびより低いエネルギー密度と電圧プラットフォームを備えています。
チタン酸リチウムは、酸化マンガンリチウム、三元材料、リン酸鉄リチウムなどの正極材料と組み合わせて、2.4Vまたは1.9Vのリチウムイオン二次電池を形成できます。また、正極として使用し、金属リチウムまたはリチウム合金負極と組み合わせて1.5Vのリチウム二次電池を構成することもできます。
LTO 電池の特性
リチウムチタン酸は、電池の負極材料として使用されています。独自の特性により、材料と電解質との相互作用が起こりやすく、充放電サイクル反応中にガス析出が発生します。LTO 電池は膨張になりやすく、セルが膨らみ、電気的性能も大幅に低下し、チタン酸リチウム電池の理論上のサイクル寿命が大幅に短縮されます。
データによると、通常のLTO 電池は、約1500～2000サイクルで膨張を起こし、正常に使用できなくなります。これは、LTO 電池の大規模な適用を制限する重要な理由でもあります。
LTO 電池の性能向上は、単一材料の性能向上とさまざまな主要材料の有機的統合を総合的に反映したものです。急速充電と長寿命の要件を満たすためには、負極材料に加えて、リチウムイオン電池の他の主要な原材料(正極材料、セパレータ、電解質など)も特別なエンジニアリングプロセスの経験と組み合わせる必要があります。そして、膨張しないLTO 電池が形成され、電気バスへのバッチアプリケーションに使用できます。
LTO 電池のメリット
● 安全性と安定性
従来の炭素電極がリチウムインターカレーション後に過充電されると、金属リチウムが電極の表面に沈殿しやすく、電解質と反応して可燃性ガスを生成し、安全上の危険をもたらします。チタン酸リチウムの電位は純金属リチウムより高く、リチウム結晶デンドライトを生成するのは容易ではなく、放電電圧は安定しているため、リチウム電池の安全性能が向上できます。
第三者機関がLTO 電池をテストしたところ、鍼、押し出し、短絡などの過酷なテストの下で、煙、発火、爆発がなく、安全性が他のリチウム電池より高いです。したがって、業界の多くの人々は、チタン酸リチウムは、軍事などの非常に高いバッテリー安定性を必要とする分野使用ことが適していると考えています。
● 急速充電性能
チタン酸リチウムは、炭素負極材料と比較して、リチウムイオンの拡散係数が高く、高速で充放電することができます。充電時間を大幅に短縮しながら、サイクル寿命への影響が少なく、熱安定性が高くなります。テストによると、最新の技術によって開発されたLTO 電池は、約10分で完全に充電でき、従来の電池と比較して質的に飛躍しています。
充電時間が長すぎることは、電気自動車の開発において常に乗り越えられない障害となっています。一般的に、低速充電の純粋な電気バスが使用され、充電時間は少なくとも4時間で、多くの純粋な電気乗用車の充電時間は8時間にもなります。電気自動車の急速充電は将来のトレンドであり、消費者は充電を待ってあまり時間を無駄にしたくありません。
● 長寿命
バッテリーのサイクル寿命は、新エネルギー車全体の費用対効果を決定し、将来的に補助金政策を廃止した後の新エネルギー車の主な競争点になるでしょう。自動車用バッテリーのサイクル寿命の延長は消費者の購入意欲を高めることができます。
● 温度耐性
チタン酸リチウム電池のスピネル構造は三次元のリチウムイオン拡散チャネルを持っているため、LTO 電池の性能は高温および低温性能にも優れています。一般的に、電気自動車はマイナス10℃で充放電が困難となりますが、LTO 電池は広い温度範囲での耐性と耐久性に優れ、マイナス50℃～マイナス60℃で正常に充放電が可能です。
チタン酸リチウムのデメリットは？
❶ 他のタイプのリチウムイオンパワーバッテリーと比較して、LTO 電池のエネルギー密度は低いです。
❷ 膨張の問題は、チタン酸リチウム電池の適用を妨げてきました。
❸ 他のタイプのリチウムイオン動力電池と比較して、LTO 電池の価格は比較的高いです。
❹ LTO 電池の一貫性にはまだ違いがあり、バッテリーの一貫性の違いは、充電と放電の回数が増えるにつれて徐々に大きくなります。
LTO 電池の開発状況
現在、先進国のチタン酸リチウム電池に関する研究は比較的深く、チタン酸リチウムはマンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウムなどのシステムの電池に適用され、比較的体系的な試験結果が得られています。LTO 電池を量産できるメーカーは世界でも数少なく、主に米国のAltair、日本のToshibaに代表されます。LTO 電池のアプリケーション市場には、主に電気自動車(バス、鉄道輸送など)、エネルギー貯蔵市場(周波数変調、電力網の品質、風力発電所など)、産業アプリケーション(港湾機械、フォークリフトなど)が含まれます。
中国のチタン酸リチウム電池メーカーは主にYinlong、Microvast、JEVEなどを含みます。チタン酸リチウム材料の発展は、動力電池の原材料の需要によって推進されています。
まとめ
LTO 電池は、優れたサイクル性能、安全性能という利点があり、ハイレート充放電に適しています。欠点は、バッテリーのエネルギー密度が低く、膨張しやすく、バッテリーの安全性に悪影響を及ぼすことです。チタン酸リチウムの低いエネルギー密度は変えることができません。
LTO 電池の膨らむ原因は、電解質の内部分解によるH2、CO、およびCO2の生成です。この問題を解決したいと、主にチタン酸リチウムの表面改質、原材料の純度の向上、および電解質配合の改善に依存します。安全性は電気自動車の最初の要素であるため、LTO 電池が膨らむ問題を効果的に解決できれば、低エネルギー密度の問題も克服できます。
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