[發明專利]大倍率充放電動力鋰離子電池

無效

• 申請號: 200910040460.6
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101582522A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 崔明;許漢良;張帆;黃賽先
• 申請（專利權）人: 珠海市鵬輝電池有限公司
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M4/02;H01M4/04
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司
• 代理人: 楊煥軍

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，具體涉及負極采用鈦酸鋰材料，正極采用錳酸鋰材料。

背景技術

能源和環境問題是二十一世紀人類所面對的兩個最重要問題。在我國，隨著工業化和城市化的加速，經濟對石油的需求迅速增大，我國石油供應明顯不足，對外依存度不斷提高。預計到2010年和2020年，我國石油需求量將分別達到3.4億噸和4.84億噸，石油自給量僅1.95億噸和1.84億噸，對外依存度達42.6％和62％。隨著越來越多的石油和煤碳被開采和燃燒，大氣中CO₂等溫室氣體將不斷增加。國家安全和環境壓力也將面臨巨大挑戰。在此背景下如何實現對礦石能源的替代，將各種能源形式(比如核能、太陽能、風能、潮汐能等與電能之間的)有效轉化和貯存，便成為科學家研究的熱點。

鋰離子二次電池因其能量密度高，循環壽命長、安全性能好、無污染等優點，已被廣泛應用于移動電話、數碼相機、筆記本電腦等各種便攜式設備中，可以預計不久的將來也會廣泛應用于混合電動車(HEV)、電動汽車(EV)等大型設備中。這將對高容量鋰離子電池提出更高的要求。

傳統的鋰離子電池是由石墨為負極材料。其電位約為0-0.2V(vs.Li/Li+)，當材料以大倍率進行充電時，由于其嵌鋰電位與金屬鋰電位十分接近，由于濃差極化，鋰離子極易在材料表面析出，從而影響電池的安全性能和循環性能。鈦酸鋰的電位約為1.5V(vs.Li/Li+)，且鋰離子擴散系數2×10-8cm²/S，比石墨高出一個數量級。大倍率充放電時，鋰離子不易在材料表面析出。在充放電過程中骨架結構保持不變，不存在體積效應，是一種理想的鋰離子電池負極材料。

純的鈦酸鋰，電導率低，僅為10-9S/cm；顆粒表面比較光滑，吸附電解液能力差，不利于電池容量和倍率性能的發揮。動力電池在濫用和過充的情況下極易發生爆炸。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種可大倍率充放電的，安全性能優良的鋰離子動力電池。

本發明的目的是通過以下方案實現的：

一種大倍率充放電動力鋰離子電池，包括正極材料、負極材料及電解液；其特征在于：正極材料的組成為：錳酸鋰、碳黑和PVDF；負極材料包括：表面包覆裂解碳或金屬或金屬氧化物的改性鈦酸鋰、添加劑、導電劑、粘結劑、草酸；電解液的溶質包含LiBOB、LiPF₆、LiClO₄中的至少一種，溶劑中至少包含DMMP。

所述的電解液的溶劑為含有EC、PC、DEC、DMC、DMMP的多元混合物。

所述正極材料的組成以質量比計的具體配比為：80-98％的錳酸鋰、10-1％的碳黑和10-1％的PVDF。

所述負極材料的組成以質量比計的具體配比為：80-96％的表面包覆裂解碳或金屬或金屬氧化物的改性鈦酸鋰、1-0.1％的添加劑、2-10％的導電劑、1-10％的粘結劑、1-3％的草酸。

所述添加劑采用SiO2，且SiO2粒徑控制在10-500nm之間；導電劑選用Super-P、KS-6或碳納米管；粘合劑為丙烯酸類聚合物膠乳。

一種大倍率充放電動力鋰離子電池的生產方法，其特征在于：

正極片的制作包括：按質量比將80-98％的錳酸鋰、10-1％的碳黑、10-1％的PVDF加入攪拌釜中，抽真空并攪拌，加入NMP繼續攪拌，得正極漿料；將正極漿料涂布在鋁箔兩面，經烘烤、錕壓制得正極片；

負極片的制作包括：按質量比將80-96％的表面包覆裂解碳或金屬或金屬氧化物的改性鈦酸鋰、1-0.3％的添加劑、2-10％的導電劑、1-10％的粘結劑、1-3％的草酸加入攪拌釜中，抽真空并攪拌，加入適量NMP繼續攪拌，得負極漿料；將負極漿料涂布在銅箔兩面，經烘烤、錕壓制得負極片。

本發明根據鈦酸鋰材料所固有的一些缺點，及動力電池使用過程中可能出現的安全性問題，對現有工藝進行了一些改進。技術先進性和創新性主要表現在：

(1)針對鈦酸鋰本身電導率低的特點，采用表面包覆有高導電物質的改性鈦酸鋰為負極材料，從而改善了電池的大電流放電性能。

(2)針對動力電池在使用過程中易著火燃燒的缺點，對電解液系統進行改進。采用具有阻燃特性的甲基磷酸二甲酯(DMMP)全部或部分取代碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)等易燃溶劑，從而提高了電池的安全性能。

(3)為了改善鈦酸鋰材料吸液率低的特點，在負極配料過程中加入適量SiO2，顯著改善材料的吸液性能。

(4)采用價格便宜的錳酸鋰為正極材料，降低了電池的成本。