[發明專利]一種鈦酸鋰電池

有效

• 申請號: 201210007946.1
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102709586B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 韓昌隆;付成華;許瑞;趙豐剛
• 申請（專利權）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0569;H01M4/485
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種具有良好高溫性能的鈦酸鋰電池。

背景技術

當前，電子產品、電動工具、移動產品的快速發展需要高性能的電池。鋰離子電池相對于鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池具有高的工作電壓、高的比能量等優點，因此獲得了廣泛的應用。

其中以鈦酸鋰為陽極的電池是鋰離子電池的一類。鈦酸鋰電池因其獨特的優點而在要求長循環壽命、低溫、大倍率、高安全要求的場合具有潛在的應用，這些優點包括：

第一，鈦酸鋰是一種零應變材料，在滿充與滿放時體積幾乎不發生任何變化，可避免在循環過程中體積變化造成的容量衰減，因此以鈦酸鋰作為陽極活性物質的鋰離子電池比以石墨、錫硅合金作為陽極活性物質的鋰離子電池具有更長的循環壽命；

第二，鈦酸鋰相對于鋰的電位約為1.55V，遠大于析鋰電位，因此不會出現像石墨那樣因析鋰而造成的安全問題；

第三，以鈦酸鋰作為陽極活性物質的鋰離子電池相對于以石墨作為陽極活性物質的鋰離子電池具有更好的安全性能和低溫性能，且能夠進行大倍率的充電和放電。

以鈦酸鋰作為陽極活性物質的鋰離子電池，通常使用與以石墨為陽極的電池相近的電解液，例如申請號為200810052728.3的中國專利，以鈦酸鋰為陽極的鋰離子電池，其電解液的溶質為六氟磷酸鋰，溶劑為乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯和乙基甲基碳酸酯的多元混合物。根據我們的實驗結果，對于以鈦酸鋰為陽極的鋰離子電池，使用上述電解液或近似電解液，電池在高溫存儲時容易脹氣。其原因在于鈦酸鋰在嵌鋰狀態時具有較強的還原性，電解液的溶劑很容易在鈦酸鋰電極上發生還原反應，尤其在高溫時反應更明顯。

美國專利US8039151B2中所提及的鋰離子電池，其所使用的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)為的多孔顆粒，所使用的電解液的溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯，γ-丁內酯中的至少兩種，溶質為四氟硼酸鋰，其目的是提高電池的倍率性能和循環性能。美國專利US8003255B2中所提及的鋰離子電池，其陽極為鋰鈦復合氧化物，主體成份為鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)，其它成份為TiO₂和Li₂TiO₃(含量不大于5％)，所使用的電解液的溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯，γ-丁內酯中的至少兩種，其目的是提高陽極材料的克容量。根據我們的試驗結果，電解液溶劑中含有碳酸乙烯酯時，不利于抑制電池高溫存儲時的厚度膨脹。

為了抑制鈦酸鋰與電解液之間的反應，在鈦酸鋰表面形成一層覆蓋膜是一種選擇。申請號為200780032649.X的中國專利，在初期充放電時，至少有一次將陽極電位降低至相對于鋰電位為0.4V以下，從而在陽極表面形成一層覆蓋膜，以起到抑制電池脹氣的作用。但是，將鈦酸鋰陽極電位降低到較低值時，電池的不可逆容量增加，使得電池容量降低。

通過以上的分析可知，電解液是影響鈦酸鋰電池高溫性能的重要因素。有鑒于此，確有必要提供一種具有抑制鈦酸鋰電池高溫產氣的電解液，及使用此電解液的電池。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，一種具有良好高溫性能的鈦酸鋰電池。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鈦酸鋰電池，包括陰極、陽極、間隔于陰極和陽極之間的隔膜，以及電解液，陰極包括陰極集流體和涂覆在陰極集流體上的陰極活性物質，陽極包括陽極集流體和涂覆在陽極集流體上的陽極活性物質，電解液包括溶劑和溶質，所述陽極活性物質為鈦酸鋰，所述溶劑為γ-丁內酯(γBL)、2-甲基丁內酯、3-甲基丁內酯、4-甲基丁內酯和δ-戊內酯中的任一種。

作為本發明鈦酸鋰電池的一種改進，所述溶質為四氟硼酸鋰(LiBF₄)。四氟硼酸鋰(LiBF₄)和上述溶劑的配合使用可以達到較好的效果。

作為本發明鈦酸鋰電池的一種改進，所述四氟硼酸鋰(LiBF₄)的濃度為0.6～1.7mol/L，以保證足夠的鋰離子濃度，保證電池的循環和容量等性能的發揮。

作為本發明鈦酸鋰電池的一種改進，所述溶劑為γ-丁內酯(γBL)和/或δ-戊內酯。這兩種溶劑合成較簡單，價格較便宜，而且在鈦酸鋰陽極表面比較容易成膜，形成的鈍化膜結構穩定。