CN102306828A - 高性能电解液的钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子动力电池 - Google Patents

高性能电解液的钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子动力电池 Download PDF

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王保
李宝玉
刘兴福
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Abstract

本发明公开了一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其负极材料由钛酸锂、粘合剂、导电剂组成；其正极材料由磷酸亚铁锂、粘合剂、导电剂组成；其电解液含有电解质和溶剂，其中电解质为LiPF6或由LiPF6和双草酸硼酸锂组成。本发明的钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其电解液使用温度范围宽，化学稳定性好，适配于钛酸锂与磷酸亚铁锂体系的锂离子电池。本发明的锂离子电池，安全性高，循环寿命长。

Description

高性能电解液的钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子动力电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，特别涉及一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池。
背景技术
锂离子电池根据正极电池材料的不同，锂离子电池可以分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元材料电池、磷酸亚铁锂电池、其它锂材料电池。其中橄榄石型的磷酸亚铁锂，价格便宜，环境相容性好，循环性能优良，安全性能尤其突出，是制造锂离子动力电池良好的正极材料。
在以石墨作为负极主要原材料锂离子电池中，石墨、电解液在固液相界面上反应，形成覆盖于电极表面的一层钝化层。这层钝化层能够防止溶剂大分子嵌入负极，而造成负极材料的剥落。电解液溶剂含有PC时，生成的SEI膜不能覆盖电极全部，电极材料容易在循环中发生剥落。
钛酸锂材料是一种高性能、高倍率型的锂二次电池负极材料。在Li嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，体积变化小于1%，因此被称为“零应变材料”，这具有重要意义，能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，具有比碳负极更优良的循环性能。而且钛酸锂材料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，被认为可彻底解决锂电池的安全性。钛酸锂材料与PC有很好的兼容性，不会由于大分子嵌入而导致钛酸锂材料剥落。
作为电解液主要的电解质，也是大部分电解液产品中唯一的电解质LiPF6，是目前性能最稳定的电解质。但LiPF6易水解，在痕量水分的作用下也会分解产生HF。HF会破坏碳材料表面的SEI膜，使电池产生气胀，增大电池的不可逆容量，降低电池的循环寿命。相对于LiPF6，LiBOB具有以下优点：
（1）、对水不敏感，不会由于水的存在而导致LiPF6分解生产HF。
（2）、可以在负极表面生产致密的SEI膜。
（3）、高低温性能较好。
（4）、安全性好。
（5）、循环寿命高。
钛酸锂电池容易气胀，从而影响电池的循环寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池。
本发明所采取的技术方案是：
一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其负极材料由钛酸锂85～95质量份、粘合剂3～10质量份、导电剂3～10质量份组成；其正极材料由磷酸亚铁锂85～95质量份、粘合剂2～10质量份、导电剂2～10质量份组成；其电解液含有电解质和溶剂，其中电解质为LiPF6或由LiPF6和双草酸硼酸锂组成，溶剂中含有质量百分含量为20%～50%的碳酸丙烯酯。
优选的，电解液中，电解质的浓度为0.8～1.5mol/L。LiBOB的质量百分含量为电解质总质量的0～20%。
优选的，溶剂由质量百分含量为20%～50%的碳酸丙烯酯、20～40%的碳酸二乙酯和20～40%的碳酸甲乙酯组成。
优选的，导电剂为SP、超导碳黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。
优选的，粘合剂为LA132、W811、PVDF中的至少一种。
本发明的有益效果是：
本发明的钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其电解液使用温度范围宽，化学稳定性好，适配于钛酸锂与磷酸亚铁锂体系的锂离子电池。本发明的锂离子电池，安全性高，循环寿命长。
附图说明
图1是本发明电池的0.5C放电曲线；
图2是本发明电池的倍率曲线。
具体实施方式
本发明提供的锂离子动力电池包括：正极、负极、隔膜、电解液、塑料外壳，使用钛酸锂作为负极主要活性物质，磷酸亚铁锂作为正极主要活性物质。
将正负极材料分别用溶剂溶解，高速分散成正、负极浆料，之后均匀涂布于集流体上。在本发明中，集流体选择为铝箔。涂布结束经过分切、烘烤、辊压后与隔膜一起层叠成电芯，电芯经过入壳、装配、烘烤，进入注液工序注液完毕后化成分容成为20Ah电池。
一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其负极材料由钛酸锂85～95质量份、粘合剂3～10质量份、导电剂3～10质量份组成；其正极材料由磷酸亚铁锂85～95质量份、粘合剂2～10质量份、导电剂2～10质量份组成；其电解液含有电解质和溶剂，其中电解质为LiPF6或由LiPF6和双草酸硼酸锂组成，溶剂中含有质量百分含量为20%～50%的碳酸丙烯酯。更佳的，其负极材料由钛酸锂90～95质量份、粘合剂5质量份、导电剂4～5质量份组成；其正极材料由磷酸亚铁锂90～95质量份、粘合剂3～6质量份、导电剂2～5质量份组成。
优选的，电解液中，电解质的浓度为0.8～1.5mol/L。LiBOB的质量百分含量为电解质总质量的0～20%。
优选的，溶剂由质量百分含量为20%～50%的碳酸丙烯酯、20～40%的碳酸二乙酯和20～40%的碳酸甲乙酯组成。
优选的，导电剂为SP、超导碳黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。
优选的，粘合剂为LA132、W811、PVDF中的至少一种。
下面结合实施例，进一步说明本发明。
以下实施例中，如无特别说明，所述的百分比均为质量百分比。
实施例1
一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池
其负极材料由钛酸锂90质量份、粘合剂5质量份、导电剂5质量份组成，其中，粘合剂为LA132，导电剂由SP、导电石墨各半组成；
其正极材料由磷酸亚铁锂90质量份、粘合剂5质量份、导电剂5质量份组成，其中，粘合剂为W811，导电剂由SP、导电石墨各半组成；
其电解液含有电解质和溶剂，其中电解质由LiPF6与LiBOB组成，浓度为1mol/L,其中双草酸硼酸锂含量为3%，溶剂由等量的PC、DEC和EMC组成。
实施例2
一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池
其负极材料由钛酸锂91质量份、粘合剂5质量份、导电剂4质量份组成，其中，粘合剂为LA132，导电剂为超导碳黑；
其正极材料由磷酸亚铁锂95质量份、粘合剂3质量份、导电剂2质量份组成，其中，粘合剂为LA132，导电剂为碳纳米管；
其电解液含有电解质和溶剂，其中电解质由LiPF6与LiBOB组成，浓度为1.2mol/l，其中双草酸硼酸锂含量为5%，溶剂由20%的PC、40%的DEC和40%的EMC组成。
实施例3
一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池
其负极材料由钛酸锂91质量份、粘合剂5质量份、导电剂4质量份组成，其中，粘合剂为PVDF，导电剂由等量的SP、超导碳黑、导电石墨组成；
其正极材料由磷酸亚铁锂90质量份、粘合剂6质量份、导电剂4质量份组成，其中，粘合剂为PVDF，导电剂由超导碳黑、碳纳米管按1：2的质量比混合组成；
其电解液含有电解质和溶剂，其中其中电解质由LiPF6与LiBOB组成，浓度为1.1 mol/L，其中双草酸硼酸锂含量为4%，溶剂由40%的PC、30%的DEC和30%的EMC组成，电解质的含量为1.0mol/L。
实施例4
一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池
其负极材料由钛酸锂95质量份、粘合剂5质量份、导电剂5质量份组成，其中，粘合剂为W811，导电剂由等量的SP、超导碳黑、导电石墨组成；
其正极材料由磷酸亚铁锂90质量份、粘合剂6质量份、导电剂4质量份组成，其中，粘合剂为PVDF，导电剂由超导碳黑、碳纳米管按1：2的质量比混合组成；
其电解液含有电解质和溶剂，其中电解质由LiPF6与LiBOB组成，浓度为1.3 mol/L，其中双草酸硼酸锂质量百分比含量为6%，溶剂由50%的PC、30%的DEC和20%的EMC组成。
图1是本发明实施例1电池的0.5C放电曲线，图2是本发明实施例1电池的倍率曲线。从图中可以看出，本发明的电池具有很少的充放电性能，使用寿命长。

Claims (6)

1.一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其负极材料由钛酸锂85～95质量份、粘合剂3～10质量份、导电剂3～10质量份组成；其正极材料由磷酸亚铁锂85～95质量份、粘合剂2～10质量份、导电剂2～10质量份组成；其电解液含有电解质和溶剂，其中电解质为LiPF6或由LiPF6和双草酸硼酸锂组成，溶剂中含有质量百分含量为20%～50%的碳酸丙烯酯。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其特征在于：LiBOB的质量百分含量为电解质总质量的0～20%。
3.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其特征在于：溶剂由质量百分含量为20%～50%的碳酸丙烯酯、20～40%的碳酸二乙酯和20～40%的碳酸甲乙酯组成。
4.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其特征在于：电解液中，电解质的浓度为0.8～1.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其特征在于：导电剂为SP、超导碳黑、导电石墨、碳纳米管中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种钛酸锂与磷酸亚铁锂体系锂离子电池，其特征在于：粘合剂为LA132、W811、PVDF中的至少一种。
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