[发明专利]一种电化学储能与能量转换装置

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种电化学储能与能量转换装置。

背景技术

目前，锂离子电池以其优越的电化学性能及环境友好性而被广泛应用于手机、电脑、摄/录像机、电动工具等领域。一般中小型锂离子电池的正极材料采用钴酸锂等具有层状结构的过渡金属氧化物；动力锂离子电池的正极材料采用安全性较高的尖晶石锰酸锂或橄榄石磷酸铁锂。负极材料多采用天然石墨、人工石墨和焦炭类碳材料。但是钴酸锂在安全性上存在严重问题，尖晶石高温性能差而严重影响其大功率的循环性能，磷酸铁锂则在倍率放电性能和低温性能上存在差距；石墨/焦炭类负极材料的氧化/还原电位(约0.2V vs.Li/Li⁺)接近锂析出电位，充电状态时还原性很强，尤其在较高温度时造成表面膜(SEI)生长快，导致内阻增加而严重影响锂离子电池的大功率放电性能。并且在长期循环或过充状态易造成金属锂析出，使得锂离子电池的安全性严重降低。

发明CN1710744A公开一种纳米电池的制备方法，其特征是正极采用钴酸锂，负极采用纳米钛酸锂制备了胶体锂离子电池，其主要目的是降低成本。采用上述组合的锂离子电池不能完全保证过充时金属锂的电析和正极LiCoO₂的分解和对电解液的催化热分解，造成严重的安全隐患。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种简单的电化学储能与能量转换装置。

本发明的目的是提供一种具有结构简单、安全性高、比功率高、寿命长等特点的电化学储能与能量转换装置。

本发明采用安全性更高的Li(NiCoMn)O₂，负极采用钛酸锂与活性碳的混合/复合物。具有层状结构的Li(NiCoMn)O₂正极材料不但容量大，而且在高电位(4.8Vvs.Li/Li⁺)时还能保持良好的可逆性，放热反应温度比钴酸锂低，而反应热又小，具有良好的安全性能。新型负极材料钛酸锂的氧化还原电位高(1.5V vs.Li/Li⁺)而且充放电时的体积变化小，是理想的长循环寿命材料，同时也被应用于非对称电容器领域

本发明电化学储能与能量转换装置采用如下技术方案：

电化学储能与能量转换装置，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特点是：正极含能吸收/放出锂离子的锂离子过渡金属化合物；负极含氧化还原电位高于1.0V vs.Li/Li⁺的锂离子电池活性材料和活性碳的混合物或复合物。

本发明电化学储能与能量转换装置还可以采用如下技术措施：

所述的电化学储能与能量转换装置，其特点是：锂离子过渡金属化合物为能用Li_1+x(NiCoMn)_1-xO₂分子式表示，式中1.0≤x≤1.1的层状结构过渡金属氧化物，并且D50粒径为5-10微米。

所述的电化学储能与能量转换装置，其特点是：锂离子电池活性材料为Li₄Ti₅O₁₂。

所述的电化学储能与能量转换装置，其特点是：Li₄Ti₅O₁₂粒径为50nm至2微米。

所述的电化学储能与能量转换装置，其特点是：Li₄Ti₅O₁₂和活性碳的混合物/复合物中，Li₄Ti₅O₁₂的质量含量为20％-95％。

所述的电化学储能与能量转换装置，其特点是：锂离子过渡金属化合物的承载质量为10-30mg/cm²。

所述的电化学储能与能量转换装置，其特点是：正极锂离子过渡金属化合物与负极中的Li₄Ti₅O₁₂的质量比例为0.7-2.0。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明提供了一种安全性高、且高功率放电时保持较高比能量的新型储能装置。由于负极采用钛酸锂与活性碳的组合，既能保证钛酸锂作为嵌锂的活性材料，又能把过充的电量由活性碳以双电层电容/锂吸附的形式吸收，具有大电流密度工作的特性。同时，过充时锂离子可吸附在活性炭微孔中、不会造成活性金属锂的析出而影响此电化学装置的安全问题。本发明具有比功率高、安全性好、寿命长等优点。

附图说明