[发明专利]一种钛酸锂基锂离子电池负极、锂离子电池及其化成方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种钛酸锂基锂离子电池负极、锂离子电池及其化成方法。

背景技术

近年来，随着智能移动终端的普及以及资源、环境保护等原因的促进，锂离子电池在可携带电子产品、电动工具、储能以及电动汽车等领域获得了广泛的应用。

钛酸锂作为一款在锂离子插入/脱出过程中接近零应变的材料，具有循环寿命超长的优势；由于其锂离子固相扩散速度较快，因此具有低温性能、倍率性能优秀的特点；另外由于锂插入钛酸锂的电位较高，作为负极使用时不容易生成锂枝晶，从而安全性比石墨类负极材料高。因此，钛酸锂作为负极的电池成为动力储能电池的关注热点。

从与钛酸锂负极相配合的正极来看，过去较多使用钴酸锂或锰酸锂材料，这些材料的特点是首周充放电效率较高，与钛酸锂负极的首周充放电效率相当，因此采用负极正极容量比＝1.0的比例将能够保证电池发挥最大的容量和较好的循环及安全特性。

另一方面，以镍钴锰氧化物锂盐/镍钴铝氧化物锂盐为代表的三元正极材料具有更高的比容量、优秀的循环特性和合适的性价比等优点，今年来已经开始与钛酸锂负极相匹配制成电池。如CN104282935A公开了一种具有高能量密度的不规则型三元材料-钛酸锂电池，并建议正(负)极活性物质的质量比优选地为1(对111的NCM材料来说，相当于负极正极容量比1.0；对其他三元材料负极正极容量比将低于1.0)；CN102074731公开了一种锰酸锂和镍钴锰三元材料混合的正极与钛酸锂构成的电池，其中三元材料和锰酸锂的比例为30：70。

由于三元正极材料中镍元素和锂元素在晶格中容易产生混排现象，导致其首周充放电效率偏低(90％左右)。与首周充放电效率接近100％的钛酸锂负极搭配时，首周充电过程正极中脱出的不可逆部分之锂离子会占据钛酸锂中的活性储锂位点，因此，如果按照正极全部充分利用的设计，应采用至少1.10的负极正极容量比。这种设计多用了10％的钛酸锂材料，而且这部分材料占据的空间又使得电池设计容量偏低；另一方面，如果采用1.00的负极正极容量比，则正极充电到90％左右负极已经满电态，即正极利用率只有90％，同样也导致电池设计容量偏低，而且如果电路失控等意外发生时产生的过充电可能导致析锂引起安全事故。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钛酸锂基锂离子电池负极及采用该钛酸锂基锂离子电池负极的锂离子电池。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种钛酸锂基锂离子电池负极，它由集流体和涂敷在该集流体上的负极材料构成，所述负极材料由钛酸锂类活性物质、导电剂、粘结剂和添加剂组成；所述添加剂首次充电的锂离子接收能力为所述钛酸锂类活性物质的2倍以上，其添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％-4wt％。

进一步地，所述添加剂对锂离子首周充放电效率小于50％。

进一步地，所述添加剂为碳材料、硅、硅氧化物、锡、锡氧化物、过渡金属氧化物中的一种或数种。

进一步地，所述的碳材料采用硬碳、软碳、石墨、石墨烯的一种或几种。

进一步地，所述的硅氧化物为氧化亚硅、多氧化硅中的一种或几种。

进一步地，所述的锡氧化物为氧化亚锡、二氧化锡中的一种或几种。

进一步地，所述的过渡金属氧化物为铁的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、钨的氧化物、钛的氧化物、钒的氧化物、锰的氧化物、铜的氧化物中的一种或几种。

一种锂离子电池，它采用如上述方案所述的钛酸锂基锂离子电池负极。

一种采用上述的钛酸锂基锂离子电池负极的锂离子电池的化成方法：至少有一次充电电压V满足Vmax-1.3伏特<V≤Vmax，所述Vmax为正极材料相对金属锂的最高允许充电电压。

本发明的有益效果在于：

1、当所述钛酸锂基锂离子电池负极与三元材料一类的低首周效率正极组成电池时，化成过程中首周充电期间，所述添加剂可以接受比钛酸锂类活性物质更多的由正极迁移来的锂离子，从而即便是在较小的负极过量比条件下也能保证正极容量充分发挥，从而提高电池的设计容量。

2、所述的添加剂的添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％-4wt％；如果添加量太少，由于其吸收正极迁移过来锂离子的比例太少，从而改善正极容量发挥的效果不大；如果添加量太大时，由于添加剂本身也占据空间，将使得提高电池设计容量的效果不大甚至可能降低电池的设计容量。