CN102055020A - 解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法 - Google Patents

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吴可
王印萍
高雅
雷向利
吴宁宁
王雅和
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Abstract

一种解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，包括以下步骤：1)将成品钛酸锂电池预充后保持SOC为20％～80％的荷电状态；2)将预充电的电池放置在温度为-20℃～60℃的环境中；3)保持1-30天。所述方法适用于负极钛酸锂材料为表面包覆碳的改性钛酸锂材料的锂电池。所述锂电池的正极材料可以是锰酸锂、钴酸锂、锂镍钴锰或磷酸铁锂中的一种或几种。本发明解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，是将预充电后的钛酸锂电池在一定的荷电状态、一定温度下保持一定的时间，增强钛酸锂负极在预充电阶段形成的钝化膜的稳定性，抑制钛酸锂负极与电解质溶液反应，从而解决了胀气问题。

Description

解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池，特别是涉及一种解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法。
背景技术
锂离子电池由于具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应及污染少等优点，现已广泛应用于移动电话、便携计算机、数码相机、便携音乐播放器等通讯与数码产品中。近年来在电动工具、电动车、航天卫星、武器装备以及各种储能装置等领域的应用开发也逐渐显示出良好的前景。
目前已商品化的锂离子电池负极材料大多是嵌锂碳材料，由于嵌锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，它与电解液反应产生可燃性气体混合物，因而给电池、特别是动力电池造成很大的安全隐患。同时，石墨电极还存在电解液的共嵌入问题，这也将影响电极的循环稳定性。因此，寻找比碳负极在稍正的电位下嵌入锂、廉价易得、安全可靠的新型负极材料是必要的。其中低电位过渡金属氧化物及复合氧化物作为锂离子电池的负极材料引起了人们的广泛注意，钛酸锂是其中广受关注的材料之一。
以钛酸锂为负极的锂离子电池凭借安全性好、循环寿命长、输入输出功率高等特性可以满足储能及高功率领域应用，已成为电池行业普遍关注的热点。CN 101262078A号、CN101582522A号、CN 101414693A号发明专利采用钛酸锂为负极分别提出了一种可快速充电的锂离子电池、一种大倍率充放电的动力锂离子电池、以及一种基于锂离子传导的储能电池。
然而在电池开发中却发现以钛酸锂为负极的动力锂离子电池普遍存在胀气问题，严重影响了电池性能的发挥，上述专利却未提及。钛酸锂电池产业化最早的公司东芝在其发表的两篇专利中均提到了钛酸锂电池存在胀气问题，东芝提出了在电解质溶液中添加高沸点并易于成膜的添加剂在负极表面形成钝化膜来改善胀气的方法；美国EnerDel公司在美国能源部2009年年度报告上(DOE FY 2009Annual Progress Report)也报道了钛酸锂电池存在胀气问题，并报道采用改进电解质溶液组分来改善胀气；CN 101682028A号发明专利采取在负极极片制作过程中在浆料中添加吸气材料来改善钛酸锂电池胀气。
上述方法均有一定可取之处，但是上述方法中对添加剂或溶剂的纯度有较高的要求，极片掺杂会带来能量密度降低以及分散不均匀的问题，不利于工业化生产。
发明内容
为使以钛酸锂为负极的动力锂离子电池能够在储能及高功率领域得到实际应用，本发明提供一种能够解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法。
本发明解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，包括以下步骤：
1)将成品钛酸锂电池预充后保持SOC为20％～80％的荷电状态；
2)将预充电的电池放置在温度为-20℃～60℃的环境中；
3)保持1-30天。
所述SOC值的优选范围为20％-60％。
所述环境温度优选为-10-66℃。
所述时间优选为3-15天。
所述方法适用于负极钛酸锂材料为表面包覆碳的改性钛酸锂材料的锂电池。
所述锂电池的正极材料可以是锰酸锂、钴酸锂、锂镍钴锰或磷酸铁锂中的一种或几种。
本发明解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，是将预充电后的钛酸锂电池在一定的荷电状态、一定温度下保持一定的时间，增强钛酸锂负极在预充电阶段形成的钝化膜的稳定性，抑制钛酸锂负极与电解质溶液反应，从而解决了胀气问题。
具体实施方式
下面结合实施例详细阐述本发明。
本发明中以钛酸锂为负极的动力锂离子电池的制作方法：
(1)正极片的制作：按质量比将70-98％的正极活性物质(可以是锰酸锂、钴酸锂、锂镍钴锰或磷酸铁锂中的一种或几种)、1-10％的导电剂、1-10％的聚偏二氟乙烯加入搅拌器中，加入N-甲基吡咯烷酮抽真空搅拌，制成正极浆料，将正极浆料涂在铝箔两面，经烘烤、辊压、裁切制成正极极片。
(2)负极片的制作：按质量比将70-98％的钛酸锂或者包覆碳型钛酸锂、1-10％的导电剂、1-10％的聚偏二氟乙烯加入搅拌器中，加入N-甲基吡咯烷酮抽真空搅拌，制成负极浆料，将负极浆料涂在铝箔两面，经烘烤、辊压、裁切制成负极极片。
(3)将①、②所得正负极片经过配组、叠片、封装工艺，制备好电池芯；
(4)注液工艺，注入1.0mol/L LiPF6(EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1)型的电解液；1.0mol/LLiPF6(EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1)指LiPF6溶解于体积比为1∶1∶1的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成浓度为1mol/L的电解液；
(5)进行预充工艺；
(6)给电池充电至一定的SOC后对电池进行不同时间和温度的处理，设定的SOC值为20％-80％，优选为20％-60％；时间范围是1-30天，优选为3-15天；温度范围是-20℃至60℃，优选为-10-55℃。
采用本发明所阐述的电池制备方法后，有效地解决了钛酸锂电池的胀气问题。
实施例一：
以锰酸锂为正极，表面包覆碳的改性钛酸锂为负极，制成电池后将预充电后的钛酸锂电池在荷电状态SOC为80％、30℃下保持7天，电池测试结果如下表所列：
Figure BSA00000205475500031
结果表明：采用本发明所阐述的方法处理后的钛酸锂电池在循环过程中不胀气。(其中厚度变化率h(％)＝100×{(h2-h1)/h1}，h1代表循环前电池的厚度，h2代表循环后电池的厚度。下同。)
实施例二：
以锰酸锂为正极，表面包覆碳的改性钛酸锂为负极，制成电池后将预充电后的钛酸锂电池在荷电状态SOC为20％、60℃下保持2天，电池测试结果如下表所列：
Figure BSA00000205475500032
结果表明：采用本发明所阐述的方法处理后的后钛酸锂电池在循环过程中不胀气。

Claims (6)

1.一种解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)将成品钛酸锂电池预充后保持SOC为20％～80％的荷电状态；
2)将预充电的电池放置在温度为-20℃～60℃的环境中；
3)保持1-30天。
2.根据权利要求1所述的解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，其特征在于：所述SOC值的优选范围为20％-60％。
3.根据权利要求2所述的解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，其特征在于：所述环境温度优选为-10-66℃。
4.根据权利要求3所述的解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，其特征在于：所述时间优选为3-15天。
5.根据权利要求4所述的解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，其特征在于：所述方法适用于负极钛酸锂材料为表面包覆碳的改性钛酸锂材料的锂电池。
6.根据权利要求5所述的解决以钛酸锂为负极的动力锂离子电池胀气问题的方法，其特征在于：所述锂电池的正极材料可以是锰酸锂、钴酸锂、锂镍钴锰或磷酸铁锂中的一种或几种。
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