[發明專利]一種尖晶石鈦酸鋰儲能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系

無效

• 申請號: 201110291396.6
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN103035948A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 胡勇勝;索鎏敏;李泓;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電池技術領域。特別是涉及一種尖晶石鈦酸鋰儲能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系。在常用二次鋰離子電池、動力能源電池以及儲能電池領域具有廣泛應用前景。?

背景技術

鋰離子電池由于其工作電壓高、體積和能量密度大、使用壽命長、無記憶效應、無污染以及自放電小等優點，目前已經廣泛用于小型家用電器以及便攜式電器。隨著電子設備小型化和便攜化，以及綠色環保的電動汽車的出現和蓬勃發展，鋰離子電池應用市場正在不斷擴大，未來，伴隨著清潔能源以及智能電網的飛速發展，鋰離子電池作為一種綠色經濟環保的儲能方式將在電網谷電和新能源(如光伏電、風電等)儲存中發揮重要作用。?

在眾多非碳基負極材料中，尖晶石型的Li₄Ti₅O₁₂顯示出獨特的優越性。相比于其它負極材料，其具有較高的鋰離子擴散系數，且鋰離子在其中脫出和嵌入的過程中，體積幾乎沒有變化，被稱為一種“零應變材料”，循環穩定性好。該材料電化學平臺電位較高，約為1.55V(vs?Li/Li⁺)，因此避免了金屬鋰在負極材料表面的析出，使其安全性能大大提高。但是，目前該材料在使用和貯存過程中由于電解液和材料發生副反應而導致電池脹氣，影響該電池使用壽命和性能。造成這種現象的原因可能：由于鈦酸鋰基材料中的鈦易催化碳酸酯基電解?液分解產生氣體；也可能是由于電解液中微量的水分的存在，導致六氟磷酸鋰電解質發生副反應生成氫氟酸，從而與電解材料發生反應產生脹氣?；谏鲜鰡栴}，我們提出采用一種以醚類有機溶劑為基的電解液體系代替現有碳酸酯基電解液用于尖晶石鈦酸鋰儲能型鋰離子二次電池，從而解決其由于產生脹氣所帶來的電池性能惡化問題，大大提高電池體系循環穩定性。?

發明內容

本發明提出用一種全新的醚類電解液體系代替現有商業化使用的碳酸酯基電解液體系，并將其應用到尖晶石鈦酸鋰為負極的儲能型鋰離子二次電池。通過使用該體系電解液，大大提高了正負極材料和電解液在電池循環過程的穩定性，從而有效防止鈦酸鋰基材料在電池貯存和循環過程中，由于電解液分解，所帶來的脹氣問題，使得電池使用壽命大大延長。?

附圖說明

圖1為本發明Li/Li₄Ti₅O₁₂體系模擬半電池典型首次充放電測試曲線圖。其中V為電壓；mAh/g為容量。?

圖2為本發明Li/Li₄Ti₅O₁₂體系模擬半電池體系采用1M?LiFSI溶劑為TEGDME的電解液中的1000次循環壽命曲線圖。其中V為電壓；mAh/g為容量。?

圖3為本發明LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂體系模擬全電池體系采用1MLiFSI溶劑為TEGDME的電解液的典型首次充放電測試曲線圖。其中V為電壓；mAh/g為容量。?

具體實施方式

實施例1?

Li/Li₄Ti₅O₁₂體系模擬半電池，具體過程如下：?

按照重量百分比8∶1∶1分別稱取一定量的Li₄Ti₅O₁₂、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以鋁箔作為集流體，通過滾壓機將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。電解液采用有機電解液TEGDME，電解質為1mol/L?LiFSI，所得電解液水含量低于15ppm。?

電池裝配采用標準扣式電池CR2032，隔膜為玻璃纖維。整個裝配過程在水分含量低于0.5ppm的氬氣手套箱中完成。測試結果如圖1和2及表1所示。?

實施例2?

Li/Li₄Ti₅O₁₂體系模擬半電池，具體過程如下：?

按照重量百分比8∶1∶1分別稱取一定量的Li₄Ti₅O₁₂、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以銅箔作為集流體，通過滾壓機將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。電解液采用有機電解液TGDME，電解質為1mol/L?LiTFSI，所得電解液水含量低于10ppm。?