[发明专利]含金属铌改性钛酸锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种含金属铌改性钛酸锂电池。

背景技术

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；充电池时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。以碳材料作负极材料的锂离子电池在应用上存在一些弊端，如过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能；易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大；碳材料的平台电压较低(接近于金属锂)，并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患；在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。与碳材料相比，用尖晶石型的钛酸锂作负极材料具有明显的优势。尖晶石型钛酸锂的结构（Li₄Ti₅O₁₂）与尖晶石型锰酸锂（LiMn₂O₄）相似，理论容量为175mAh/g。在锂离子的嵌入脱出过程中，骨架结构几乎不发生变化，是一种“零应变”材料，具有优异的充放电循环稳定性。嵌锂电位高（1.55V vsLi⁺/Li）而不会引起支晶锂的析出，是一种高安全型的锂离子负极材料。与电解液的副反应少，库伦效率高，循环寿命长。材料的尖晶石骨架结构具有三维锂离子扩散通道，锂离子扩散（2×10^-8cm²/s）比碳负极材料高一个数量级。但是尖晶石型钛酸锂负极材料也有其不足之处，如高嵌锂电位带来的电池电压低，造成电池的比能量低；材料本身导电性差（固有电导率10^-9S/cm），大电流充放电时易产生较大的极化等而限制了其应用的推广。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种电化学性能好、比容量高的含金属铌改性钛酸锂电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种含金属铌改性钛酸锂电池，包括正极、负极、电解液和间隔于正负极之间的隔膜，所述负极包括负极集流体、负极导电层和负极活性层，所述负极集流体为铝箔，所述负极导电层由2-10重量份的导电剂和3-10重量份的粘结剂组成，所述负极活性层由40-50重量份的含铌改性钛酸锂、2-4重量份的导电剂和1-6重量份的粘结剂组成，所述含铌改性钛酸锂中锂原子、钛原子和铌原子的物质的量之比为4:4-5:0.1-1；所述导电剂为导电石墨、硬碳、碳纤维和乙炔黑中的任一种或多种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、丁苯橡胶中的任一种或多种；所述电解液包括六氟砷酸锂、2-溴丙醇和1,3-二氰基丙烷以及碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、乙二醇二甲醚中的任一种或多种；六氟砷酸锂的质量占电解液质量的15-35%；2-溴丙醇与1,3-二氰基丙烷的物质的量之比为1:1-3，2-溴丙醇和1,3-二氰基丙烷的总质量占电解液质量的5-10%；所述正极包括正极集流体、正极导电层和正极活性层，正极集流体为铝箔，正极导电层由2-10重量份的导电剂和3-10重量份的粘结剂组成，正极活性层由35-45重量份的镍锰酸锂、2-4重量份的导电剂和1-6重量份的粘结剂组成。

优选地，负极导电层由5重量份的导电剂和4重量份的粘结剂组成。

优选地，负极活性层由45重量份的含铌改性钛酸锂、2重量份的导电剂和3重量份的粘结剂组成。

优选地，含铌改性钛酸锂中锂原子、钛原子和铌原子的物质的量之比为4：4.5：0.5。

优选地，正极导电层由5重量份的导电剂和4重量份的粘结剂组成。

优选地，正极活性层由45重量份的镍锰酸锂、2重量份的导电剂和3重量份的粘结剂组成。

优选地，导电剂由导电石墨和硬碳组成，导电石墨和硬碳的质量之比为5：5。

优选地，粘结剂为聚偏氟乙烯。

优选地，六氟砷酸锂的质量占电解液质量的30%。

优选地，2-溴丙醇与1,3-二氰基丙烷的物质的量之比为1：2，2-溴丙醇和1,3-二氰基丙烷的总质量占电解液质量的7%。

优选地，溶剂为碳酸乙烯酯。

优选地，隔膜采用Clgard2300型隔膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的含金属铌改性钛酸锂电池具有良好的电化学性能，循环性能好；本发明的首次比容量高，最佳的实施方式中，首次充放电效率高达95%。

附图说明