钛酸锂电池胀气解决方法

随着技术进步和制造成本下降，钛酸锂电池（LTO）有望成为大规模储能应用的主流锂离子电池体系。但钛酸锂材料表面的钛离子催化电解液分解产生气体会导致该电池胀气，胀气率在25%左右，从而缩短电池寿命，并影响其应用安全性。

目前，抑制钛酸锂离子电池胀气的解决方法主要有三种：第一、LTO负极材料的加工改性，包括改进制备方法和表面改性等；第二、开发与LTO负极相匹配的电解液，包括添加剂、溶剂体系；第三、提高电池工艺技术。

（1）提高原材料纯度，防止制造过程中杂质的引入。杂质颗粒不仅会催化电解质的分级出现气体，同时也将大大降低锂离子电池的性能、循环寿命和安全性，因此必须尽可能减少电池中杂质的引入。

（2）钛酸锂表面覆盖纳米碳颗粒。负极LTO形成气体的表观原因是SEI膜形成较慢，较少，导致胀气现象伴随其一生。研究发现，在钛酸锂和电解液界面之间建立隔绝层(如构建纳米碳包覆层于钛酸锂表面(LTO/C)，协同包覆层上形成的固体电解质界面(SEI)膜一方面减少了LTO材料与电解质的接触面积，阻止气体的出现。另一方面，碳本身可以出现SEI膜弥补LTO的不足，同时还可以增强LTO材料的导电性。

（3）改善电解液功能性。有关新型电解液的开发，很多专利都倾向于添加剂的使用，以促成在LTO表面形成致密SEI膜，来抑制LTO与电解液界面副反应的发生。某些电解剂添加剂，例如氟化的碳酸盐和磷酸盐，有利于在正极表面形成稳定SEI膜，减少正极表面金属离子的溶解，从而降低气体的出现。

成膜添加剂也能抑制产气量，加入的成膜添加剂有硼酸锂盐、丁二腈或己二腈、R-CO-CH=N2结构的化合物（其中R为C1～C8的烷基或苯基）、环状磷酸酯、苯基衍生物、苯乙炔衍生物、LiF添加剂等，这些成膜添加剂都有利于LTO表面形成SEI膜，一定程度上抑制了胀气的发生。

（4）正极表面涂层。在正极表面覆盖稳定的化合物，例如氧化铝等能够有效抑制金属离子溶解。但是过于复杂的包覆层会抑制锂离子脱嵌，影响材料电化学性能。

（5）提高电池生产工艺。电池生产时，要控制环境湿度、操作过程水分引入等。从气体的出现原因可知，空气中的水分会与正极材料反应形成碳酸锂并加速电解质分解，生成二氧化碳。此外，钛酸锂材料本身具有极强的吸水性（要在干房进行操作），负极极片吸收水分后会与电解液可逆分解所出现的PF5反应生成H2，因此严格的水分控制至关重要。

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