[發明專利]鋰離子動力電池及應用該電池的快速充電電動汽車

無效

• 申請號: 201310009772.7
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103050676A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 朱德金;滿玉杰;張學花;劉子敬;田剛;韓勇;張磊華;馬駿
• 申請（專利權）人: 山東同大新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 李江

技術領域??

本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種長壽命、可快速充放電、安全性好的鋰離子動力電池及應用該電池的快速充電電動汽車。

背景技術??

目前使用的鋰離子動力電池的正極材料,?如LiMn₂O₄、LiCoNiMnO₂、LiFePO₄?等傳統上與負極碳材料搭配組成鋰離子電池，存在使用壽命較短，充放電次數只有500-2000次、快速充放電能力差問題。鈦酸鋰與鎳鈷酸鋰體系的鋰離子電池，因含重金屬鈷，有一定毒性，價格偏高。鎳鈷酸鋰目前主要用于手機等數碼類電池，用于動力電池安全性不好。

以碳做負極的鋰電池在應用上仍存在一些弊端：?

1、過充電時易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電池的安全性能；

2、易形成SEI膜而導致首次充放電效率較低，不可逆容量較大；

3、碳材料的電位較低(接近于金屬鋰)，并且容易引起電解液的分解,從而帶來安全隱患；

4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環穩定性差。?

尖晶石鈦酸鋰（Li₄Ti₅0₁₂）是一種由金屬鋰和低電位過渡金屬鈦的復合氧化物，其空間點群為Fd3m空間群，晶胞參數a為0.836nm，為不導電的白色晶體，在空氣中可以穩定存在。結構類似于反尖晶石:在一個晶胞中，32個氧負離子O2.按立方密堆積排列，占總數3/4的鋰離子Li+被四個氧離子緊鄰作正四面體配體嵌入空隙，其余的鋰離子和所有鈦離子Ti4+(原子數目1:5)被六個氧離子緊鄰作正八面體配體嵌入空隙，因此其結構可以表示為Li[Li₁/3Ti₅/3]O₄，?Li₄Ti₅0₁₂穩定致密的結構可以為有限的鋰離子提供進出的通道。Li₄Ti₅0₁₂固有的電子電導率為10-9S/CM??

Li₄Ti₅0₁₂最大的特點就是其“零應變性”。所謂“零應變性”是指其晶體在嵌入或脫出鋰離子時晶格常數和體積變化都很小，小于1%。在充放電循環中，這種“零應變性”能夠避免由于電極材料的來回伸縮而導致結構的破壞，從而提高電極的循環性能和使用壽命，減少循環帶來的比容量衰減，具有非常好的耐過充、過放特征。

尖晶石型的鈦酸鋰（Li₄Ti₅0₁₂）具有明顯的優勢：?

1、鈦酸鋰（Li₄Ti₅0₁₂）為零應變材料，循環性能可達上萬次;?

2、放電電壓平穩，而且電解液不致發生分解，提高鋰電池安全性能;?

3、與炭負極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴散系數(為2?*10-8cm²/s)，可高倍率充放電等。?

4、鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高，不易產生鋰晶枝，以鈦酸鋰為負極的鋰鋰離子電池的安全性好。?

類尖晶石型鎳錳酸鋰?(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)是在尖晶石型錳酸鋰基礎上發展起來的，與錳酸鋰一樣是具有三維鋰離子通道的正極材料，錳酸鋰的電壓平臺在3.7左右，而鎳錳酸鋰?(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)電壓平臺為4.7V左右，且高溫下的循環穩定性也比錳酸鋰有了質的提升。?

近年來，關于鎳錳酸鋰?(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)材料相關方面的研究和應用在國內外均形成快速增長的勢態，一些公司如日本SANYO、韓國LG化學、美國Enerdel、法國CEA?-Liten、以色列ETVM公司已經在開始嘗試LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的商品化開發問題。而日本大金工業也開發出了專用于該材料的氟類電解液。??