[發明專利]鋰離子電池及實現鋰離子電池快速充電的方法

在審

• 申請號: 201710162053.7
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106935822A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 路密
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/44
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙)35222
• 代理人: 楊唯

技術領域

本發明涉及能源材料技術領域，尤其涉及鋰離子電池及實現鋰離子電池快速充電的方法。

背景技術

隨著全球經濟的迅猛發展，作為主要能源的煤、石油和天然氣等化石燃料日益枯竭，環境污染不斷加劇，開發新能源和可再生清潔能源已成為當務之急。而在眾多新能源技術中，儲能成為最為關鍵的環節。動力鋰離子電池雖然不是一種產生能源的體系，卻因為其清潔、安全和便利等優勢在國民經濟和日常生活中發揮著越來越重要的作用。

與商業化的嵌鋰碳相比，Li₄Ti₅O₁₂負極材料脫嵌鋰過程晶體體積變化小、循環穩定性良好、安全性優越，具有更高的安全穩定性以及更好的電化學性能，而與合金類的負極材料相比，Li₄Ti₅O₁₂的價格更低廉且制備更容易。但是，Li₄Ti₅O₁₂材料的導電性能差，限制了它的倍率性能，其循環性能也不盡人意，阻礙了它的大規模使用。

發明人研究發現，通過減小顆粒尺寸，摻雜陰陽離子和包覆等方法，可以有效共彌補Li₄Ti₅O₁₂材料的性能缺陷，提高其電化學性能。目前應用最廣的是通過碳包覆Li₄Ti₅O₁₂材料來改善其電化學性能，CN104993118A公開了一種鋰離子負極材料Li₄Ti₅O₁₂/C的合成方法，將二氧化鈦和有機碳源加水混合，球磨處理后噴霧造粒，得到碳包覆二氧化鈦粉體；然后加入鋰源球磨處理后噴霧造粒，得到干燥粉體；再進行高溫熱處理，經過氣流分級即得到鋰離子負極材料Li₄Ti₅O₁₂/C。但碳包覆雖然可以改善電極材料的電導率，但碳含量過多會降低材料的振實密度，導致體積比能量的降低，碳包覆Li₄Ti₅O₁₂材料的倍率性能和循環穩定性也仍有待進一步加強和提高。

除此之外，快速充電是鋰離子電池面臨的技術挑戰之一。Li₄Ti₅O₁₂負極材料的缺點是導電性差，影響其性能。發明人經研究發現，Li₄Ti₅O₁₂負極材料的導電性會隨著嵌鋰量的增加快速增加，從而提高其導電性能。

發明內容

本發明的目的在提供一種鋰離子電池，此鋰離子電池采用改性Li₄Ti₅O₁₂負極材料，成本低廉，性能優越，是一種超長循環壽命的電池體系。

本發明的另一目的在于提供一種鋰離子電池快速充電的方法，先以低電流密度提高電池負極材料的嵌鋰量，從而提高電池負極材料的導電性能，實現鋰離子電池的快速充電。

為解決上述技術問題，本發明采用了以下技術措施：

本發明提供一種鋰離子電池，包括正極，負極以及電解質，負極包括改性Li₄Ti₅O₁₂負極材料，Li₄Ti₅O₁₂負極材料按以下方法制備而成：將鋰鹽、鈦源、碳源和金屬鹽添加到分散液中，分散處理后進行干燥得到粉體，粉體經高溫固相合成得到改性Li₄Ti₅O₁₂負極材料。

本發明提供一種鋰離子電池快速充電的方法，先以低電流密度在上述負極中嵌入8～15％的鋰離子，再以高電流密度完成充電過程。低電流密度為在0.001C～0.01C倍率下充放電的電流，高電流密度為在大于或等于0.1C倍率下充放電的電流。