鈦酸鋰電池放電原理
鈦酸鋰電池由正、負極板（正極活性物質(zhì)為三元鋰，負極為鈦酸鋰）、隔膜、電解質(zhì)、極耳、不銹鋼（鋁合金）外殼等組成。正負極板是電化學反應的區(qū)域，隔膜、電解質(zhì)提供Li的傳輸通道，極耳起到引導電流的作用。
電池充電時，Li+從三元鋰材料中遷移到晶體表面，從正極板材料中脫出，在電場力的作用下，進入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到負極鈦酸鋰晶體的表面，然后嵌入負極鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中。與此同時，電子流通過正極的鋁箱，經(jīng)極耳、電池極柱、負載、負極極柱、負極耳流向負極的鋁箔電極，再經(jīng)導電體流到鈦酸鋰負極，使電荷達至平衡。
電池放電時，Li從鈦酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)材料中脫嵌，進入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解質(zhì)遷移到三元鋰晶體的表面，然后重新嵌入到三元鋰材料中。與此同時，電子經(jīng)導電體流向負極的鋁箔電極，經(jīng)極耳、電池負極柱、負載、正極極柱、正極極耳流向電池正極的鋁箔電極，然后再經(jīng)導電體流到三元鋰正極，使電荷達至平衡。
由此可見，鈦酸鋰電池基本原理，就是在充、放電的過程中，對應的鋰離子在正負極之間來回的嵌脫，完成電池的充放電和向負載的供電。鈦酸鋰電池的充放電示意圖如圖所示：
電池充電時，止極失去電子，鋰離子脫出，嵌入到負極中；負極嵌入鋰離子的同時得到電子成為富鋰態(tài)。放電時的過程正好相反。在Li+嵌入或脫嵌的反應過程中，鈦酸鋰（Li4Ti5012）是一種理想的嵌入型電極材料，Li+插入和脫嵌對材料結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，因此被稱作“零應變”材料，從而保證了其良好的循環(huán)性能。
鈦酸鋰存在兩種不同相的分子結(jié)構(gòu)一—Li7Ti5012與Li4Ti3012。產(chǎn)生Li7Ti5012的晶體結(jié)構(gòu)與Li4Ti5012的晶體結(jié)構(gòu)均為尖晶石結(jié)構(gòu)，且晶格常數(shù)變化很小，同時體積變化也很小。能夠避免充放電循環(huán)中電極材料的來回伸縮而導致結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高電極的循環(huán)性能和使用壽命，減少了隨循環(huán)次數(shù)的增加而帶來容量的衰減，使鈦酸鋰具有優(yōu)良的循環(huán)性能。
鈦酸鋰電池的電化學反應方程式：
正極反應：LiNi?Mn?Co?02 → LiNi?Mn?Co?02 + xLi﹢ + xe﹣
負極反應：Li4Ti5012 + xLi﹢ + xe- →Li4 + xTi5012
總化學反應方程式：
LiNi?Mn?Co?02 + Li4Ti5012 → Li1-zNi?Mn?Co?02 + Li4 + xTi5012
鈦酸鋰電池用在哪里
鈦酸鋰電池是鋰電中壽命最長、安全度最高的電池。鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命長，能夠?qū)崿F(xiàn)萬次以上的充放電循環(huán)，高于普通鋰電池。
目前鈦酸鋰電池國內(nèi)市場技術比較成熟，在電動車應用方面主要用于公交車和擺渡車等領域。
鈦酸鋰電池儲能系統(tǒng)的應用
儲能被認為是新能源的下一個風口，鈦酸鋰電池在儲能領域的應用被人們寄予厚望。鈦酸鋰電池超長的循環(huán)壽命、不同凡響的安全性、優(yōu)異的功率特性以及良好的經(jīng)濟性。這些特性卻將會是成就目前正在崛起的大規(guī)模鋰電儲能系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要基石。
發(fā)展儲能技術是促進新能源發(fā)電、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的關鍵核心技術之一。在各種類型的電化學儲能技術中，鈦酸鋰電池具有循環(huán)壽命長、安全性能好等特點，很好地契合了電網(wǎng)儲能的應用場景。以軌道交通車輛車載儲能系統(tǒng)為對象，對當前應用于軌道交通車輛中的超級電容、高能電容和鋰離子電池等車載儲能元件的性能進行對比分析，得出鈦酸鋰電池具有高功率密度、高能量密度、高可靠性的技術特點。結(jié)合鈦酸鋰電池的性能特點和控制策略的研究，通過項目應用實例和現(xiàn)場試驗對比，鈦酸鋰電池在地鐵車輛儲能系統(tǒng)中大規(guī)模應用的技術優(yōu)勢和廣闊前景。
針對儲能應用需求，在原有鈦酸鋰電池的基礎上提出了滿足儲能應用需求的鈦酸鋰電池材料體系重構(gòu)原則與技術方案，研發(fā)出亞微米級鈦酸鋰材料。項目研制的儲能用鈦酸鋰電池保持了長壽命高倍率的本征特性，且成本大幅下降。鈦酸鋰電池儲能技術，為大規(guī)模長壽命鋰離子電池儲能系統(tǒng)的建設提供技術積累，同時為長壽命鋰離子電池儲能裝置產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，促進新能源的利用奠定技術基礎。