[發明專利]一種鈦酸鋰鋰離子電池的制備方法

有效

• 申請號: 201310629176.9
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103594735A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 唐杰雄;李陽春
• 申請（專利權）人: 湖南高遠電池有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

技術領域

本發明涉及一種采用鈦酸鋰作為負極活性材料的鋰離子電池的制備方法，屬電化學領域。

背景技術

鋰離子二次電池作為一種綠色環保電池，具有工作電壓高、比能量高和循環壽命長等優點，近年來得到了迅速發展，在筆記本電腦、數碼相機、手機、MP3、MP4、電動自行車、電動摩托車、電動汽車等移動設備中的應用越來越廣泛。隨著混合動力汽車、純電動汽車、基站儲能、電網儲能等大型儲能和動力裝備的快速發展，應用范圍也在不斷擴大，且電池的單體容量越來越高，對鋰離子二次電池的安全性能提出了更高的要求。

目前商業鋰離子電池主要采用石墨類負極材料，由于電池充電后期石墨插鋰后生成LiC₆，由于過電勢的存在，快速充電、過充電或低溫條件下充電時負極表面易形成鋰枝晶，容易導致電池的安全問題。

鈦酸鋰是一種零應變材料，在充放電過程中骨架結構幾乎不發生變化，循環性能好。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。鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高，不易產生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎。

嵌鋰電位高而不易引起金屬鋰析出、庫侖效率高、鋰離子擴散系數比碳負極高一個數量級，可進行高倍率充放電等優良特性，具備了下一代鋰離子電池必需的循環壽命長、充電過程更快、更安全的特性。由于鈦酸鋰的高安全性、高穩定性、長壽命和綠色環保的特點將會被廣泛應用在新能源汽車、電動摩托車和要求高安全性、高穩定性和長周期的應用領域。

但是，鈦酸鋰作為負極活性材料制作的鋰離子電池在充放電過程中會發生嚴重氣脹現象。因此，研究抑制鈦酸鋰電池氣脹現象的新工藝和新技術，對于推進鈦酸鋰電池的商業化應用，促進儲能與動力電池的發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈦酸鋰鋰離子電池的制備方法，通過在不同的工藝階段加注具有不同組分的電解質溶液，并采用兩次活化、高溫條件下多次充放電后脫氣密封等方法，以解決鈦酸鋰易氣脹的問題。

發明的主要內容如下：

一種鈦酸鋰鋰離子電池的制備方法，采用鈦酸鋰為負極活性物質，經配制漿料，涂布，分別制作成正極片、負極片，并與隔膜組裝成硬殼鋰離子電池，經干燥脫水，第一次加注含離子液體和功能添加劑的電解液，進行第一次預充活化，第二次加注商用鋰離子電池電解液，然后進行第二次活化，并進行高溫充放電循環，最后進行脫氣密封得到鋰離子電池。

所述的加注含離子液體和功能添加劑的電解液是在碳酸酯和離子液體中加入了電解質鹽和功能添加劑，所述的離子液體包括六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑、四氟硼酸1-乙基-3甲基咪唑中的一種或兩種的混合，碳酸酯與離子液體的質量比為1：0.3～1。

所述的功能添加劑包括乙烯基-三-2-甲氧基二乙氧基硅烷，乙基-三-2-甲氧基乙氧基硅烷，苯基-三-2-甲氧基二乙氧基硅烷，甲氧基三甲基硅烷，二甲氧基二甲基硅烷和三甲氧基甲基硅烷中的一種或幾種的混合；功能添加劑在電解液中所占的質量百分數為0.5%～5%。

電解質鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二（三氟甲基磺酰）亞胺鋰中一種或兩種，濃度為0.7～1.2mol/L；

所述的商用鋰離子電池電解液是在碳酸酯中加入了六氟磷酸鋰。

碳酸酯為碳酸二乙酯、碳酸甲乙酸、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亞乙酯中的一種或幾種，再與碳酸乙烯酯的混合物。

所述的第一次預充活化包括以下步驟：

1）加注含離子液體和功能添加劑的電解液的電池密封，在45±5℃下靜置36～48h；

2）以0.015～0.05C?mA電流恒流充電至電壓為1.7～2.0V截止，然后以0.05～0.1C?mA電流恒流充電至電壓為2.3V截止，C為電池的標稱容量；

3）常溫靜置36～48h后以0.1C?mA電流將電池放電至1.3V。

所述的第二次活化包括以下步驟：

1）在露點小于-40℃的環境中，將一次活化后的電池注液解除密封，并進行真空排氣，然后加注商用鋰離子電池電解液后對電池進行第二次密封，電池在常溫條件下靜置24～30h；

2）以0.05C?mA電流恒流充電至電壓為2.0V；以0.1～0.2C?mA電流恒流充電上限電壓為2.5～2.6V；常溫靜置48～72h，C為電池的標稱容量。

所述的高溫充放電循環包括以下步驟：將電池在45±5℃的環境中，并以0.5～1C?mA電流在1.5V～3.0V電壓范圍內全充全放循環5次。