[发明专利]一种钛酸锂电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有良好高温性能的钛酸锂电池。

背景技术

当前，电子产品、电动工具、移动产品的快速发展需要高性能的电池。锂离子电池相对于铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池具有高的工作电压、高的比能量等优点，因此获得了广泛的应用。

其中以钛酸锂为阳极的电池是锂离子电池的一类。钛酸锂电池因其独特的优点而在要求长循环寿命、低温、大倍率、高安全要求的场合具有潜在的应用，这些优点包括：

第一，钛酸锂是一种零应变材料，在满充与满放时体积几乎不发生任何变化，可避免在循环过程中体积变化造成的容量衰减，因此以钛酸锂作为阳极活性物质的锂离子电池比以石墨、锡硅合金作为阳极活性物质的锂离子电池具有更长的循环寿命；

第二，钛酸锂相对于锂的电位约为1.55V，远大于析锂电位，因此不会出现像石墨那样因析锂而造成的安全问题；

第三，以钛酸锂作为阳极活性物质的锂离子电池相对于以石墨作为阳极活性物质的锂离子电池具有更好的安全性能和低温性能，且能够进行大倍率的充电和放电。

以钛酸锂作为阳极活性物质的锂离子电池，通常使用与以石墨为阳极的电池相近的电解液，例如申请号为200810052728.3的中国专利，以钛酸锂为阳极的锂离子电池，其电解液的溶质为六氟磷酸锂，溶剂为乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯和乙基甲基碳酸酯的多元混合物。根据我们的实验结果，对于以钛酸锂为阳极的锂离子电池，使用上述电解液或近似电解液，电池在高温存储时容易胀气。其原因在于钛酸锂在嵌锂状态时具有较强的还原性，电解液的溶剂很容易在钛酸锂电极上发生还原反应，尤其在高温时反应更明显。

美国专利US8039151B2中所提及的锂离子电池，其所使用的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)为的多孔颗粒，所使用的电解液的溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯，γ-丁内酯中的至少两种，溶质为四氟硼酸锂，其目的是提高电池的倍率性能和循环性能。美国专利US8003255B2中所提及的锂离子电池，其阳极为锂钛复合氧化物，主体成份为钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)，其它成份为TiO₂和Li₂TiO₃(含量不大于5％)，所使用的电解液的溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯，γ-丁内酯中的至少两种，其目的是提高阳极材料的克容量。根据我们的试验结果，电解液溶剂中含有碳酸乙烯酯时，不利于抑制电池高温存储时的厚度膨胀。

为了抑制钛酸锂与电解液之间的反应，在钛酸锂表面形成一层覆盖膜是一种选择。申请号为200780032649.X的中国专利，在初期充放电时，至少有一次将阳极电位降低至相对于锂电位为0.4V以下，从而在阳极表面形成一层覆盖膜，以起到抑制电池胀气的作用。但是，将钛酸锂阳极电位降低到较低值时，电池的不可逆容量增加，使得电池容量降低。

通过以上的分析可知，电解液是影响钛酸锂电池高温性能的重要因素。有鉴于此，确有必要提供一种具有抑制钛酸锂电池高温产气的电解液，及使用此电解液的电池。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，一种具有良好高温性能的钛酸锂电池。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛酸锂电池，包括阴极、阳极、间隔于阴极和阳极之间的隔膜，以及电解液，阴极包括阴极集流体和涂覆在阴极集流体上的阴极活性物质，阳极包括阳极集流体和涂覆在阳极集流体上的阳极活性物质，电解液包括溶剂和溶质，所述阳极活性物质为钛酸锂，所述溶剂为γ-丁内酯(γBL)、2-甲基丁内酯、3-甲基丁内酯、4-甲基丁内酯和δ-戊内酯中的任一种。

作为本发明钛酸锂电池的一种改进，所述溶质为四氟硼酸锂(LiBF₄)。四氟硼酸锂(LiBF₄)和上述溶剂的配合使用可以达到较好的效果。

作为本发明钛酸锂电池的一种改进，所述四氟硼酸锂(LiBF₄)的浓度为0.6～1.7mol/L，以保证足够的锂离子浓度，保证电池的循环和容量等性能的发挥。

作为本发明钛酸锂电池的一种改进，所述溶剂为γ-丁内酯(γBL)和/或δ-戊内酯。这两种溶剂合成较简单，价格较便宜，而且在钛酸锂阳极表面比较容易成膜，形成的钝化膜结构稳定。