[发明专利]锂离子电池及实现锂离子电池快速充电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，尤其涉及锂离子电池及实现锂离子电池快速充电的方法。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展，作为主要能源的煤、石油和天然气等化石燃料日益枯竭，环境污染不断加剧，开发新能源和可再生清洁能源已成为当务之急。而在众多新能源技术中，储能成为最为关键的环节。动力锂离子电池虽然不是一种产生能源的体系，却因为其清洁、安全和便利等优势在国民经济和日常生活中发挥着越来越重要的作用。

与商业化的嵌锂碳相比，Li₄Ti₅O₁₂负极材料脱嵌锂过程晶体体积变化小、循环稳定性良好、安全性优越，具有更高的安全稳定性以及更好的电化学性能，而与合金类的负极材料相比，Li₄Ti₅O₁₂的价格更低廉且制备更容易。但是，Li₄Ti₅O₁₂材料的导电性能差，限制了它的倍率性能，其循环性能也不尽人意，阻碍了它的大规模使用。

发明人研究发现，通过减小颗粒尺寸，掺杂阴阳离子和包覆等方法，可以有效共弥补Li₄Ti₅O₁₂材料的性能缺陷，提高其电化学性能。目前应用最广的是通过碳包覆Li₄Ti₅O₁₂材料来改善其电化学性能，CN104993118A公开了一种锂离子负极材料Li₄Ti₅O₁₂/C的合成方法，将二氧化钛和有机碳源加水混合，球磨处理后喷雾造粒，得到碳包覆二氧化钛粉体；然后加入锂源球磨处理后喷雾造粒，得到干燥粉体；再进行高温热处理，经过气流分级即得到锂离子负极材料Li₄Ti₅O₁₂/C。但碳包覆虽然可以改善电极材料的电导率，但碳含量过多会降低材料的振实密度，导致体积比能量的降低，碳包覆Li₄Ti₅O₁₂材料的倍率性能和循环稳定性也仍有待进一步加强和提高。

除此之外，快速充电是锂离子电池面临的技术挑战之一。Li₄Ti₅O₁₂负极材料的缺点是导电性差，影响其性能。发明人经研究发现，Li₄Ti₅O₁₂负极材料的导电性会随着嵌锂量的增加快速增加，从而提高其导电性能。

发明内容

本发明的目的在提供一种锂离子电池，此锂离子电池采用改性Li₄Ti₅O₁₂负极材料，成本低廉，性能优越，是一种超长循环寿命的电池体系。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池快速充电的方法，先以低电流密度提高电池负极材料的嵌锂量，从而提高电池负极材料的导电性能，实现锂离子电池的快速充电。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

本发明提供一种锂离子电池，包括正极，负极以及电解质，负极包括改性Li₄Ti₅O₁₂负极材料，Li₄Ti₅O₁₂负极材料按以下方法制备而成：将锂盐、钛源、碳源和金属盐添加到分散液中，分散处理后进行干燥得到粉体，粉体经高温固相合成得到改性Li₄Ti₅O₁₂负极材料。

本发明提供一种锂离子电池快速充电的方法，先以低电流密度在上述负极中嵌入8～15％的锂离子，再以高电流密度完成充电过程。低电流密度为在0.001C～0.01C倍率下充放电的电流，高电流密度为在大于或等于0.1C倍率下充放电的电流。