[发明专利]一种钛酸锂锂离子电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用钛酸锂作为负极活性材料的锂离子电池的制备方法，属电化学领域。

背景技术

锂离子二次电池作为一种绿色环保电池，具有工作电压高、比能量高和循环寿命长等优点，近年来得到了迅速发展，在笔记本电脑、数码相机、手机、MP3、MP4、电动自行车、电动摩托车、电动汽车等移动设备中的应用越来越广泛。随着混合动力汽车、纯电动汽车、基站储能、电网储能等大型储能和动力装备的快速发展，应用范围也在不断扩大，且电池的单体容量越来越高，对锂离子二次电池的安全性能提出了更高的要求。

目前商业锂离子电池主要采用石墨类负极材料，由于电池充电后期石墨插锂后生成LiC₆，由于过电势的存在，快速充电、过充电或低温条件下充电时负极表面易形成锂枝晶，容易导致电池的安全问题。

钛酸锂是一种零应变材料，在充放电过程中骨架结构几乎不发生变化，循环性能好。与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2×10^-8cm²/s)，可高倍率充放电等。钛酸锂的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。

嵌锂电位高而不易引起金属锂析出、库仑效率高、锂离子扩散系数比碳负极高一个数量级，可进行高倍率充放电等优良特性，具备了下一代锂离子电池必需的循环寿命长、充电过程更快、更安全的特性。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点将会被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。

但是，钛酸锂作为负极活性材料制作的锂离子电池在充放电过程中会发生严重气胀现象。因此，研究抑制钛酸锂电池气胀现象的新工艺和新技术，对于推进钛酸锂电池的商业化应用，促进储能与动力电池的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛酸锂锂离子电池的制备方法，通过在不同的工艺阶段加注具有不同组分的电解质溶液，并采用两次活化、高温条件下多次充放电后脱气密封等方法，以解决钛酸锂易气胀的问题。

发明的主要内容如下：

一种钛酸锂锂离子电池的制备方法，采用钛酸锂为负极活性物质，经配制浆料，涂布，分别制作成正极片、负极片，并与隔膜组装成硬壳锂离子电池，经干燥脱水，第一次加注含离子液体和功能添加剂的电解液，进行第一次预充活化，第二次加注商用锂离子电池电解液，然后进行第二次活化，并进行高温充放电循环，最后进行脱气密封得到锂离子电池。

所述的加注含离子液体和功能添加剂的电解液是在碳酸酯和离子液体中加入了电解质盐和功能添加剂，所述的离子液体包括六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑、四氟硼酸1-乙基-3甲基咪唑中的一种或两种的混合，碳酸酯与离子液体的质量比为1：0.3～1。

所述的功能添加剂包括乙烯基-三-2-甲氧基二乙氧基硅烷，乙基-三-2-甲氧基乙氧基硅烷，苯基-三-2-甲氧基二乙氧基硅烷，甲氧基三甲基硅烷，二甲氧基二甲基硅烷和三甲氧基甲基硅烷中的一种或几种的混合；功能添加剂在电解液中所占的质量百分数为0.5%～5%。

电解质盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二（三氟甲基磺酰）亚胺锂中一种或两种，浓度为0.7～1.2mol/L；

所述的商用锂离子电池电解液是在碳酸酯中加入了六氟磷酸锂。

碳酸酯为碳酸二乙酯、碳酸甲乙酸、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯中的一种或几种，再与碳酸乙烯酯的混合物。

所述的第一次预充活化包括以下步骤：

1）加注含离子液体和功能添加剂的电解液的电池密封，在45±5℃下静置36～48h；

2）以0.015～0.05C mA电流恒流充电至电压为1.7～2.0V截止，然后以0.05～0.1C mA电流恒流充电至电压为2.3V截止，C为电池的标称容量；

3）常温静置36～48h后以0.1C mA电流将电池放电至1.3V。

所述的第二次活化包括以下步骤：

1）在露点小于-40℃的环境中，将一次活化后的电池注液解除密封，并进行真空排气，然后加注商用锂离子电池电解液后对电池进行第二次密封，电池在常温条件下静置24～30h；

2）以0.05C mA电流恒流充电至电压为2.0V；以0.1～0.2C mA电流恒流充电上限电压为2.5～2.6V；常温静置48～72h，C为电池的标称容量。

所述的高温充放电循环包括以下步骤：将电池在45±5℃的环境中，并以0.5～1C mA电流在1.5V～3.0V电压范围内全充全放循环5次。