[发明专利]一种尖晶石钛酸锂储能型锂离子二次电池用非碳酸酯基新型电解液体系

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域。特别是涉及一种尖晶石钛酸锂储能型锂离子二次电池用非碳酸酯基新型电解液体系。在常用二次锂离子电池、动力能源电池以及储能电池领域具有广泛应用前景。 

背景技术

锂离子电池由于其工作电压高、体积和能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染以及自放电小等优点，目前已经广泛用于小型家用电器以及便携式电器。随着电子设备小型化和便携化，以及绿色环保的电动汽车的出现和蓬勃发展，锂离子电池应用市场正在不断扩大，未来，伴随着清洁能源以及智能电网的飞速发展，锂离子电池作为一种绿色经济环保的储能方式将在电网谷电和新能源(如光伏电、风电等)储存中发挥重要作用。 

在众多非碳基负极材料中，尖晶石型的Li₄Ti₅O₁₂显示出独特的优越性。相比于其它负极材料，其具有较高的锂离子扩散系数，且锂离子在其中脱出和嵌入的过程中，体积几乎没有变化，被称为一种“零应变材料”，循环稳定性好。该材料电化学平台电位较高，约为1.55V(vs Li/Li⁺)，因此避免了金属锂在负极材料表面的析出，使其安全性能大大提高。但是，目前该材料在使用和贮存过程中由于电解液和材料发生副反应而导致电池胀气，影响该电池使用寿命和性能。造成这种现象的原因可能：由于钛酸锂基材料中的钛易催化碳酸酯基电解 液分解产生气体；也可能是由于电解液中微量的水分的存在，导致六氟磷酸锂电解质发生副反应生成氢氟酸，从而与电解材料发生反应产生胀气。基于上述问题，我们提出采用一种以醚类有机溶剂为基的电解液体系代替现有碳酸酯基电解液用于尖晶石钛酸锂储能型锂离子二次电池，从而解决其由于产生胀气所带来的电池性能恶化问题，大大提高电池体系循环稳定性。 

发明内容

本发明提出用一种全新的醚类电解液体系代替现有商业化使用的碳酸酯基电解液体系，并将其应用到尖晶石钛酸锂为负极的储能型锂离子二次电池。通过使用该体系电解液，大大提高了正负极材料和电解液在电池循环过程的稳定性，从而有效防止钛酸锂基材料在电池贮存和循环过程中，由于电解液分解，所带来的胀气问题，使得电池使用寿命大大延长。 

附图说明

图1为本发明Li/Li₄Ti₅O₁₂体系模拟半电池典型首次充放电测试曲线图。其中V为电压；mAh/g为容量。 

图2为本发明Li/Li₄Ti₅O₁₂体系模拟半电池体系采用1M LiFSI溶剂为TEGDME的电解液中的1000次循环寿命曲线图。其中V为电压；mAh/g为容量。 

图3为本发明LiFePO₄/Li₄Ti₅O₁₂体系模拟全电池体系采用1MLiFSI溶剂为TEGDME的电解液的典型首次充放电测试曲线图。其中V为电压；mAh/g为容量。 

具体实施方式

实施例1 

Li/Li₄Ti₅O₁₂体系模拟半电池，具体过程如下： 

按照重量百分比8∶1∶1分别称取一定量的Li₄Ti₅O₁₂、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮为分散剂，将其搅拌混合均匀。以铝箔作为集流体，通过滚压机将混合浆料滚压成厚度为50微米的极片。电解液采用有机电解液TEGDME，电解质为1mol/L LiFSI，所得电解液水含量低于15ppm。 

电池装配采用标准扣式电池CR2032，隔膜为玻璃纤维。整个装配过程在水分含量低于0.5ppm的氩气手套箱中完成。测试结果如图1和2及表1所示。 

实施例2 

Li/Li₄Ti₅O₁₂体系模拟半电池，具体过程如下： 

按照重量百分比8∶1∶1分别称取一定量的Li₄Ti₅O₁₂、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮为分散剂，将其搅拌混合均匀。以铜箔作为集流体，通过滚压机将混合浆料滚压成厚度为50微米的极片。电解液采用有机电解液TGDME，电解质为1mol/L LiTFSI，所得电解液水含量低于10ppm。