[发明专利]钛酸锂电池非水电解液及钛酸锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸锂电池非水电解液及钛酸锂电池。

背景技术

目前商品化的锂离子电池负极材料大多是嵌锂碳材料，由于嵌锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，碳电极表面易析出金属锂，它与电解液反应产生可燃气体混合物，因而给电池、特别是动力电池造成很大的安全隐患。同时，石墨电极还存在电解液的共嵌入问题，这也将影响电极的循环稳定性。钛酸锂材料是一种高性能、高倍率型的锂二次电池负极材料。在Li嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，体积变化小于1%，因此被称为“零应变材料”，这具有重要意义，能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，具有比碳负极更优良的循环性能。而且钛酸锂材料电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础，被认为可彻底解决锂电池的安全性。钛酸锂材料与PC有很好的兼容性，不会由于大分子嵌入而导致钛酸锂材料剥落。Li₄Ti₅O₁₂相对于锂电极的电位为1.55V，理论比容量为175mAh/g，实际比容量150～160mAh/g。在25℃下，Li₄Ti₅O₁₂的化学扩散系数为2×10^-8cm2/s，比碳负极材料中的扩散系数大一个数量级，高的扩散系数使得该负极材料可以快速、多循环充放电。但是，人们发现以钛酸锂为负极的电池在高温时容易胀气，此种现象针对软包装电池尤为明显，其原因在于钛酸锂中含有微量杂质，在高温时起到催化溶剂分解产气的作用。  

因此，迫切需要寻找合适的成膜添加剂，使其在负极表面成膜，进而阻止电解液的催化分解，从而解决钛酸锂电池的气胀问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能抑制钛酸锂电池产气以避免电池在高温时胀气的钛酸锂电池非水电解液及电池。

    本发明一种钛酸锂电池非水电解液所采用的技术方案是：本发明钛酸锂电池非水电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂选自二氟(双草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂、三草酸磷酸锂、1,8-萘磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯中的至少一种，所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量的1%~5%。

    进一步的，所述添加剂为使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量1%的三草酸磷酸锂。

    进一步的，所述添加剂为相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量2%的1,8-萘磺酸内酯和2%的二氟(双草酸根合)磷酸锂。

    所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiN(CF₃SO₂)₂)中的任意一种或是其中的几种混合使用，所述锂盐的浓度为0.5M-1.5M。

    所述有机溶剂为链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类及杂环化合物的一种或多种。

本发明一种钛酸锂电池所采用的技术方案是：本发明所述钛酸锂电池包括正极材料、负极材料、电解液，所述负极材料为钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)，所述电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂选自二氟(双草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂、三草酸磷酸锂、1,8-萘磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯中的一种或多种组合，所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量的1%~5%。

本发明的有益效果是：由于本发明电解液中加入了二氟(双草酸根合)磷酸锂、四氟(草酸根合)磷酸锂、三草酸磷酸锂、1,8-萘磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯中的一种或多种组合，上述物质的加入可使得钛酸锂电池的表面形成优良的SEI膜，能阻止电解液与负极为钛酸锂材料的直接接触，电解液相对于常规电解液在充放电过程中能够有效地吸收电极中的水分和由溶剂分解产生的小分子气体，因此可以有效抑制钛酸锂电池的产气，所以本发明能抑制钛酸锂电池产气以避免电池在高温时胀气。

由于本发明中的添加剂为三草酸磷酸锂，在石墨负极上对Li+/Li还原电位高达2.1V，远远高于常用的成膜添加剂，从而可匹配高电压体系，满足正极材料采用高电压材料，所以本发明能提高电池输出电压。

具体实施方式