[发明专利]一种带有铌酸钛的混合固液电解质电池

说明书

本发明公开了一种带有铌酸钛的混合固液电解质电池，涉及固态电池领域，主要包括负极、电解质和正极，所述负极包含有TiNb₂O₇负极材料，所述TiNb₂O₇负极材料为以TiNb₂O₇为核心，并表面包覆有TiN或钛酸锂的壳层。通过采用上述技术方案，在铌酸钛表面包覆TiN或者钛酸锂，这样能够隔绝电解液与铌酸钛的直接接触，从而能够减少铌酸钛表面形成SEI膜的概率，保证了电池首次放电的电容量。并且,正极采用高容量高镍三元材料与富锂材料，借助铌酸钛的高电位，降低混合固液电池的实际充电电压，提高循环稳定性并通过适当的补锂技术，使得TiNb₂O₇材料电池的N/P值趋于1，进而提高正负极材料利用率。

技术领域

本发明涉及固态电池领域，特别涉及一种带有铌酸钛的混合固液电解质电池。

背景技术

锂离子电池在现代便携式电子设备中广泛应用，其具有高能量密度、高电压、低自放电、工作温度范围宽、长循环寿命的优点，也被广泛应用于混合动力电动汽车（HEV）和大规模能量存储系统（ESS）。为了满足日益增长的能源需求，仍存在许多挑战，其中一个重要的挑战是提高电池的安全性和电化学性能。TiNb₂O₇ (TNO)，其理论比容量为387.6mAh/g，并且具有优异的电化学性能，近年来被认为最有潜力的锂离子电池负极材料之一。其具有高的锂离子嵌入电位（约为 1.6 V），在以前的文献报道中一直认为 TNO 材料不会生成SEI膜。

而SEI膜的形成对电极材料的性能会产生至关重要的影响。一方面,SEI 膜的形成消耗了部分锂离子,使得首次充放电不可逆容量增加,降低了电极材料的充放电效率；另一方面,SEI 膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。

因此，这是也是TiNb₂O₇被认为合适的锂离子电池负极材料的另外一个重要因素。这个结论是基于一个被广泛接受的观点：电解液溶液只能在低于1.0V下被还原，然而在实验中我们发现 TNO 材料表面有 SEI 膜的生成。如附图1所示，其为TNO电极0.1C循环200次测试的SEM图，TNO极片表面能看到有一层薄薄的SEI膜生成，如箭头所指的TNO材料表面。

因而，直接选用铌酸钛与普通的正极材料组装成锂电池，那势必对电池的性能会造成一定的影响。而且，电池设计时，一般正极材料需要过量，即N/P值小于1，因此如果降低正极材料利用率，不利于电池能量密度发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有铌酸钛的混合固液电解质电池，其有效地降低了因TiNb₂O₇产生SEI膜而对锂电池性能造成的影响。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种带有铌酸钛的混合固液电解质电池，包括负极、电解质和正极，所述负极包含有TiNb₂O₇负极材料，所述TiNb₂O₇负极材料为以TiNb₂O₇为核心，并表面包覆有TiN或钛酸锂的壳层。

通过采用上述技术方案，在铌酸钛表面包覆TiN或者钛酸锂，这样能够隔绝锂与铌酸钛的直接接触，从而能够减少铌酸钛表面形成SEI膜的概率，保证了电池首次放电的电容量。其次，TiN和钛酸锂还具备有良好的导电性能，这样有利于提升电池的首次充放电的库伦效率。

优选为，所述TiNb₂O₇负极材料内包含有金属锂粉。