[发明专利]一种锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池。

背景技术

随着低碳经济的方兴未艾，锂离子二次电池也正朝着动力汽车和电网储能等方向积极发展，开发可快速充放电锂离子电池正在成为研究的重点。尖晶石型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂，由于其存在可快速脱嵌锂离子的3维的通道和高安全性等特点，使用其制备的锂离子二次电池具有高倍率充放电和高安全性能，而备受关注。研究表明，锂离子电池制作过程与电化学性能密切相关。电池制作的控制条件将直接影响到极片活性物质克容量的发挥，首次效率的高低，电池循环寿命的长短，高温性能和安全性能的优劣等。

目前，流通的锂离子电池中通常以石墨为阳极，在电池充电时，石墨层中嵌入锂离子，电位降低，高活性的嵌锂石墨将与电解液发生反应，在阳极表面形成一层SEI膜(固体电解质界面膜)，该SEI膜层的均匀性、致密性和稳定性将直接影响到电池的电化学性能。由于SEI膜在高温和高电压下容易发生分解，并且由于石墨嵌锂以后的电位很低(对锂电极的电位约0.10V)，电池在使用的过程中容易出现锂枝晶析出，造成循环寿命下降和安全隐患。因此，通常以石墨为阳极的电池制作要求控制阳极容量/阴极容量为大于1.00，电池的激活电流较小。

与石墨阳极的锂离子电池相比，以钛酸锂为阳极活性材料的锂离子电池循环性能，高倍率充放电性能和安全性能均得到了极大的提升。但是由于钛酸锂的嵌锂平台电位约为1.55V，高于SEI膜的形成电位，无法形成SEI膜。由于SEI膜的缺少，嵌锂后的钛酸锂与电解液直接接触，并催化电解液分解，导致大量的气体产生，进而影响活性材料的克容量发挥和循环性能。因此，研究开发以钛酸锂为阳极的锂离子电池非常有意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种以钛酸锂为阳极的锂离子二次电池。本发明保证电池具有优异电化学性能的同时，提高其循环和高温存储性能。

为了能够实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子二次电池，包括阴极、阳极、隔离膜以及电解液，所述的阴极包括阴极活性物质，粘结剂和导电碳，所述的阳极包括钛酸锂活性材料，粘结剂和导电碳，所述的阴极极片和阳极极片基材均为铝箔，由于钛酸锂具有较高的嵌锂电压平台约为1.55V，在放电过程中，容易对铜箔产生电化学分解，以致基材损坏，膜片析铜，因此其涂布基材采用铝箔。钛酸锂的嵌锂电压平台高于SEI膜的形成电位，无法形成SEI膜，因此将电池的阳极容量/阴极容量设置为0.70～1.00，能有效限制嵌锂后钛酸锂对电解液的催化作用，进而控制产气，大大提高了锂离子二次电池的使用寿命。

其中，所述阳极容量/阴极容量优选为0.75～1.00。

其中，所述阳极容量/阴极容量进一步优选为0.78～0.90。

其中，所述的钛酸锂活性材料为钛酸锂粉末、添加活性碳的钛酸锂粉末、添加碳纳米管的钛酸锂粉末，添加纳米碳纤维为钛酸锂粉末，经过掺杂或包覆的钛酸锂粉末中的一种或多种任意比例的混合物，所述的掺杂可以是金属或者非金属离子的掺杂，如掺杂Cr、Fe、Al、Mg、Zn、P、F等，包覆可以是金属氧化物或者碳，如氧化铝、氧化锆、二氧化钛等。由于纯的钛酸锂的电子电导率极低约为10^-9s/cm²，通常需要通过混合导电碳或者对其进行改性。

其中，所述阴极还包括分散剂。所述的分散剂包括：N-甲基吡咯烷酮，邻苯二甲酸二丁酯，丙酮，环己酮等。

其中，所述的阳极还包括分散剂。所述的分散剂包括：N-甲基吡咯烷酮，邻苯二甲酸二丁酯，丙酮，环己酮等。

一种锂离子二次电池，其激活步骤如下：

第一：将电池在恒定电流下充电，使得钛酸锂由Li₄Ti₅O₁₂变成Li_4+xTi₅O₁₂，其中0.09＜X≤2.50，充电电流为0.2C至5C；

第二：将经过第一步变化的电池在恒定电流下进行充电，使得Li_4+xTi₅O₁₂中的2.50＜X≤3.00，电流至少为0.1C至5C；

第三，将经过第二步变化的电池在恒定电压下充电，时间为0.2小时至12小时，将上述各步骤中产生的气体进行真空抽气。