[發明專利]一種負極以鈦酸鋰為主要活性物質的非對稱磷酸鐵鋰電池

無效

• 申請號: 200910079712.6
• 申請日: 2009-03-06
• 公開（公告）號: CN101488584A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 唐子龍;徐睿;張中太;李長青;賀勇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38;H01M4/58;H01M4/38;H01M4/62;C01B25/45;C01G23/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于非水電解液的鋰離子電池或混合電池技術領域，特別涉及一種負極以鈦酸鋰為主要活性物質的非對稱磷酸鐵鋰電池。

背景技術

尖晶石結構的鈦酸鋰是“零應變材料”，擁有優異的循環穩定性和超長的使用壽命，同時還具有抗過充性能及熱穩定性能好、安全性高和比容量大(理論比容量為175mAh/g，實際比容量可達165mAh/g)等特點，是一種優異的新型電池材料。

橄欖石型磷酸鐵鋰作鋰離子電池的正極材料最先由Goodenough研究小組于1997年報道，該材料因為具有便宜、無毒、不吸潮、環境相容性很好、礦藏豐富、電池循環容量較高(理論容量為170mAh/g，能量密度為550Wh/kg)、穩定性很好等特點，為廣大科研工作者所關注。但是磷酸鐵鋰在大電流密度下的充放電容量很低。

為了提高磷酸鐵鋰作活性物質的電池在大電流密度下的充放電容量，采用混合電池的概念。隨著鋰離子電池技術的發展，2001年美國Telcordia?Technologies公司的Amatucci報告了活性炭和鋰離子電池嵌鋰材料組合的AC/Li₄Ti₅O₁₂非對稱混合電池，使用非水電解液，正、負極分別依靠法拉第贗電容性和鋰離子嵌入/脫嵌的機制儲能。該原型電池充放電速度和循環穩定性與超級電容器類似，而能量密度達到了20Wh/kg，高于普通的超級電容器?；旌想姵卦谕瑫r使用電池和電容器電極材料的同時，綜合了這兩種傳統儲能裝置具有的能量密度大和功率密度大的優點。對比于其它新能源裝置，比如燃料電池和太陽能電池，混合電池基于成熟的傳統儲能技術發展，更具優勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種負極以鈦酸鋰為主要活性物質的非對稱磷酸鐵鋰電池。

一種負極以鈦酸鋰為主要活性物質的非對稱磷酸鐵鋰電池，包括正極、負極、隔膜和電解液，其特征在于，所述正極的主要活性物質為磷酸鐵鋰粉末、添加活性炭的磷酸鐵鋰粉末或添加碳納米管的磷酸鐵鋰粉末，正極材料還包括粘結劑、導電劑和分散劑，其中，各物質比例關系為，活性炭或碳納米管：磷酸鐵鋰粉末：粘結劑：導電劑：分散劑＝(0～30)g：(50～80)g：(8～10)g：(10～12)g：(0.6～0.8)L；所述負極的主要活性物質為鈦酸鋰粉末、添加碳納米管的鈦酸鋰粉末、復合銅、銀或碳納米管的鈦酸鋰粉末或半導改性的鈦酸鋰粉末，負極材料還包括粘結劑、導電劑和分散劑，其中，各物質比例關系為，銅、銀或碳納米管：鈦酸鋰粉末：粘結劑：導電劑：分散劑＝(0～30)g：(50～80)g：(8～10)g：(10～12)g：(0.6～0.8)L。

所述粘結劑為聚偏氟乙烯。

所述導電劑為乙炔黑。

所述分散劑為N-甲基吡咯烷酮。

所述復合銅、銀或碳納米管的鈦酸鉀粉末為在顆粒表面包覆金屬銀或銅的鈦酸鋰粉末或是纏繞有碳納米管的鈦酸鋰納米管，其中，復合銀或銅的鈦酸鋰粉末通過鈦酸鋰粉末與硝酸銀溶液或硫酸銅溶液、乙醛或水合肼、以及氨水通過化學沉積制備，復合碳納米管的鈦酸鋰納米管為以二氧化鈦、氫氧化鈉溶液和硝酸溶液為原料進行水熱法制備鈦酸鋰納米管時，碳納米管與原料一起添加到反應釜中，得到復合碳納米管的鈦酸鋰納米管。

所述半導改性的鈦酸鋰粉末為以偏鈦酸和二氧化鈦為原料，混合物經球磨后在700～850℃煅燒3～5小時，反應結束后的產物在氮氣氣氛下經300～500℃熱處理2～4小時，隨爐冷卻，得到半導改性的鈦酸鋰粉末。

所述磷酸鐵鋰粉末為橄欖石型磷酸鐵鋰粉末。

所述鈦酸鋰粉末為尖晶石型鈦酸鋰粉末。

本發明的有益效果為：本發明中的電池是非對稱混合電池，正極的主要活性物質為磷酸鐵鋰粉末、添加活性炭的磷酸鐵鋰粉末或添加碳納米管的磷酸鐵鋰粉末，負極的主要活性物質為鈦酸鉀粉末、添加碳納米管的鈦酸鋰粉末、復合銅、銀或碳納米管的鈦酸鋰粉末或半導改性的鈦酸鋰粉末，摻入活性炭的磷酸鐵鋰作為正極的混合電池，其在大電流下充放電性能比現有的以活性炭和鈦酸鋰為電極的電容器在大電流下的充放電性能好，可以在快速充放電下同時保持高比功率和高比能量，適合應用在電動汽車等方面。

附圖說明

圖1是實施例1中組裝的混合電池的充放電電壓曲線；

圖2是實施例1中組裝的混合電池的恒流充放電循環性能曲線；

圖3是實施例1中組裝的混合電池的循環伏安曲線；

圖4是施施例2中組裝的混合電池的充放電電壓曲線；