[發明專利]改進的鈦酸鋰電池

在審

• 申請號: 201380035554.9
• 申請日: 2013-04-30
• 公開（公告）號: CN104685699A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: M·科爾曼;V·馬內夫
• 申請（專利權）人: 愛爾達納米公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李英

相關美國申請數據

本申請要求2012年5月1日提交的美國臨時申請號61/687,842的優先權。

發明領域

本發明涉及鋰離子電池中的電解質選擇領域，該鋰離子電池可以采用Li₄Ti₅O₁₂化合物作為負電極材料，以及LiPF₆作為電池電解質溶液中的離子鹽組分。本發明進一步涉及由于選擇用于鋰離子電池的電解質的具體配方而改進鋰離子電池性能。

發明背景

在鋰離子電池設計中，增加電池總體的充電和放電倍率能力是希望的目標。倍率能力是基礎的電池性能參數，其影響許多其它可測量的電池性能參數，例如充電和放電倍率、電池容量、容量保持率、電池放電電壓和循環時的電池熱性能。雖然對總體倍率能力的貢獻來自各種鋰離子傳輸相關的因素，例如鋰離子電極界面動力學、體電極鋰離子動力學、鋰離子遷移數等，但是關鍵阻抗因素之一取決于電解質的電導率。電化學電池設計通常選擇電解貢組合物，使得鋰離子通過電解質的傳輸是最大化的。實際情況是，設計者通常嘗試通過鹽濃變的選擇使電解質的離子電導率最大化。

在鋰離子電池設計中，離子鹽濃度可以是變化的。鹽濃度的增加成比例地提高電解質的電導率到一定程度，超過該程度電導率由于離子對不再成比例增加。溶液粘度也隨著鹽濃度的增加而增加，這使離子的有效遷移率降低，并因此使電解質的電導率降低。這些相反的效應在電解質中鹽的特定濃度下產生了電導率最大值。在達到電導率最大值之后，鹽濃度的任何進一步的增加導致較高的離子聚集和較高的溶液粘度，這使得自由離子數和離子遷移率兩者同時降低，Xu的“Non-aqueous?Liquid?Electrolytes?for?Lithium-Based?Rechargeable?Batteries?Review”(Chem.Rev.2004，104，4303-4417)。

廣泛使用和研究的用于Li離子蓄電池的電解質組合物是溶解在碳酸亞乙酯(EC)和碳酸甲乙酯(FMC)的混合物中的LiPF₆鹽。這種電解質在室溫下的最大離子電導率約在1M?LiPF₆，Ding等人(Journal?of?The?Electrochemical?Society(2001)，148A1196-A1204)。為了使阻抗最小化和使倍率能力最大化并因此改進電池的總體性能，一種替代是使電解質的電導率最大化。

對于鋰離子電池，已經用具有碳作為負電極的電池進行了0.5M-3.6M的LiPF6濃度的研究。研究表明使用較高濃度的鹽沒有好處?，F在，商業電池的各種設計在電解質中采用約1.0M的LiPF₆濃度，因為在這個濃度附近已經確立了電導率最大值。工業中大多數的研究主張在電池中使用約1.0-1.2M的LiPF₆鹽濃度。

這就需要通過優化用于具有鈦酸鋰作為負電極的電池的電解質組合物來增加電池容量，增加電池倍率能力，改進容量保持率，增加電池充電和放電電壓。

發明內容

本發明涉及鋰離子蓄電池的方法和組合物，由此電解質包含至少一種環酯和至少一種直鏈酯及鋰鹽，其中鋰鹽濃度超過與最大電解質離子電導率相對應的鋰鹽濃度。

本發明涉及通過用至少一種環酯和至少一種直鏈酯及鋰鹽組成電解質來使電池容量最大化的方法和組合物，其中鋰鹽濃度超過與最大電解質離子電導率相對應的鋰鹽濃度。

本發明涉及通過用至少一種環酯和至少一種直鏈酯及鋰鹽組成電解質來改進電池倍率能力的方法和組合物，其中鋰鹽濃度超過與最大電解質離子電導率相對應的鋰鹽濃度。

本發明涉及通過用至少一種環酯和至少一種直鏈酯及鋰鹽組成電解質來改進容量保持率的方法和組合物，其中鋰鹽濃度超過與最大電解質離子電導率相對應的鋰鹽濃度。

本發明涉及通過用至少一種環酯和至少一種直鏈酯及鋰鹽組成電解質來增加電池充電和放電電壓的方法和組合物，其中鋰鹽濃度超過與最大電解質離子電導率相對應的鋰鹽濃度。