一種高安全性能的鈦酸鋰電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以鈦酸鋰作為負(fù)極材料的高安全 性能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前商用鋰離子電池負(fù)極材料大多采用各種嵌鋰碳、石墨。但是，含碳負(fù)極材料存 在一些缺點(diǎn)，如在第一次循環(huán)時(shí)形成一層表面鈍化薄膜，大大消耗正極材料中的鋰離子，造 成很大的容量損失；碳負(fù)極的電位與鋰的電位很接近，電池過(guò)充時(shí)，金屬鋰可能在碳電極面 析出而引發(fā)安全問(wèn)題；釋放能量的速度不夠快，不適合需要瞬間強(qiáng)電流的設(shè)備等。鋰鈦復(fù)合 氧化物L(fēng)i 4Ti5O12是一種金屬鋰和低電位過(guò)渡金屬鈦的復(fù)合氧化物，屬A2BX4系列，具有缺陷 的尖晶石結(jié)構(gòu)，空間群為Fd3m，具有鋰離子的三維擴(kuò)散通道。理論計(jì)算證明，對(duì)于尖晶石結(jié) 構(gòu)的鈦酸鋰，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)之后，其立方單元晶胞的體積收縮小于1 %，鋰嵌入引起的張力 變化基本上為零，所以該材料具有很好的穩(wěn)定性和安全，并具有很好的電化學(xué)循環(huán)性能。
[0003] 但是，鈦酸鋰也有著明顯的缺陷，鈦酸鋰在高溫下回導(dǎo)致電解液分解，產(chǎn)生較多的 氣體，容易脹氣，嚴(yán)重影響了電池的安全性能，如果如果動(dòng)力電池，安全性能更是首要考慮 的因素。
[0004] 專利CN 102055020A采用控制電池的荷電狀態(tài)，增強(qiáng)鈦酸鋰負(fù)極在預(yù)充電階段形 成的鈍化膜穩(wěn)定性，抑制了其與電解液的反應(yīng)，從而在解決電池脹氣上起到了一定效果。但 不足之處是上述方法通過(guò)對(duì)鈦酸鋰進(jìn)行包覆，雖可在一定程度上抑制其產(chǎn)生氣體，但是由 于很難做到完全包覆，并不能從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，且氧化物的鋰離子電導(dǎo)率較小，影響 了電池的循環(huán)性能和倍率性能。
[0005] 此外當(dāng)鋰離子電池內(nèi)部的溫度升高后，現(xiàn)有電池的隔膜耐溫性較為欠缺，電池受 到擠壓后，隔膜的機(jī)械強(qiáng)度不夠，容易被刺穿，當(dāng)發(fā)生上述情況后，隔膜被破壞，容易造成電 池短路，從而引發(fā)安全事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高安全性能的鈦酸鋰電池。該鈦酸鋰 電池不易脹氣，且電池隔膜耐溫性好，機(jī)械性能強(qiáng)。
[0007] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種高安全性能的鈦酸鋰電池，包括正極片、負(fù)極片、 隔膜、電解液和外包裝，所述正極片上的活性物質(zhì)為三元材料，所述負(fù)極片上的活性物質(zhì)為 鈦酸鋰，所述電解液的溶劑為有機(jī)碳酸酯，電解液中含有鋰鹽，所述外包裝材料為鋁塑膜， 所述電解液中還含有電解液添加劑和氣體消除劑，所述電解液添加劑中含有氰化鏈狀碳酸 酯或氰化環(huán)狀碳酸酯中的一種或幾種，所述隔膜為微孔薄膜隔膜或者無(wú)紡布隔膜，隔膜的 材料為復(fù)合有埃洛石顆粒和羧甲基纖維素纖維的聚烯烴。
[0008] 作為優(yōu)選，所述的氰化鏈狀碳酸酯或氰化環(huán)狀碳酸酯在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為 l-2wt%、所述氣體消除劑在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為0. 5-lwt%。
[0009] 作為優(yōu)選，所述聚烯烴為聚丙烯或者聚乙烯。
[0010] 作為優(yōu)選，隔膜上還涂覆有涂層，所述涂層為納米二氧化鈦、納米二氧化鋯或納米 二氧化硅中的一種或幾種。
[0011] 作為優(yōu)選，所述隔膜厚度為20-50微米，孔隙率為30-55 %，透氣率為20-50cm3/ sec〇
[0012] 作為優(yōu)選，所述隔膜上涂層的厚度為1-3微米。
[0013] 作為優(yōu)選，所述復(fù)合有埃洛石顆粒和羧甲基纖維素纖維的聚烯烴的成分如下： 聚烯烴75_85wt%， 羧甲基纖維素纖維7. 5% -12. 5wt%， 埃洛石顆粒7. 5-12. 5wt%。
[0014] 作為優(yōu)選，所述埃洛石顆粒在復(fù)合前經(jīng)過(guò)純化且過(guò)600目篩子。
[0015] 作為優(yōu)選，所述鈦酸鋰電池化成方法按如下三個(gè)階段進(jìn)行： (1) 、以0. 05C的電流對(duì)電池恒流充電Ih ; (2) 、以0.1 C的電流對(duì)電池恒流充電3h ; (3) 、以1.0 C的電流對(duì)電池恒流充電2h ; 其中所述化成過(guò)程中最終的截止電壓為2. 3V。
[0016] 作為優(yōu)選，所述的化成方法為閉口式化成方法，且三個(gè)階段之間為無(wú)間斷連續(xù)充 電方式，鈦酸鋰電池的化成溫度在25-35 °C之間。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的有益效果是： (1)本發(fā)明的鈦酸鋰電池不易發(fā)生脹氣。鈦酸鋰電池產(chǎn)生脹氣的根本原因是發(fā)生了副 反應(yīng)，本發(fā)明通過(guò)特殊的電解液添加劑和氣體消除劑，在鋰離子電池化成時(shí)能夠阻止電解 液在正極的持續(xù)分解，同時(shí)能夠復(fù)合消除掉電解液分解產(chǎn)生的微量氣體，減少了副反應(yīng)的 發(fā)生。同時(shí)，將上述鈦酸鋰電池采用合理的化成工藝，采用小電流階梯式充電，配合適當(dāng)?shù)?截止電壓，在化成階段將電池材料中的水分充分反應(yīng)，將生成氣體排出電池外部，從而徹底 解決電池脹氣問(wèn)題，因此電池的安全性能得到了提高。
[0018] (2)隔膜采用了聚烯烴與埃洛石顆粒、羧甲基纖維素纖維復(fù)合的復(fù)合材料，聚烯烴 自身的耐溫性和機(jī)械性能不足，但是埃洛石具有良好的耐高溫性和機(jī)械性能，在聚烯烴中 也擁有良好的分散性，這彌補(bǔ)了聚烯烴隔膜的缺點(diǎn)，同時(shí)埃洛石具有中空管狀結(jié)構(gòu)，對(duì)電解 液具有出色的吸附能力，而羧甲基纖維素纖維具有較好的潤(rùn)濕性和透過(guò)性，能夠降低電阻， 大大提高了離子電導(dǎo)率，能夠提高電池的倍率性能。此外電池隔膜的涂層也能夠增加隔膜 的耐高溫性。含有該隔膜的鈦酸鋰電池的安全性能有效的提升。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0020] 實(shí)施例1 一種容量為20Ah的鈦酸鋰電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液和鋁塑膜外包裝。
[0021] 所述正極片上的活性物質(zhì)為三元材料，所述負(fù)極片上的活性物質(zhì)為鈦酸鋰，所 述電解液的溶劑為有機(jī)碳酸酯，電解液中含有鋰鹽，電解液中還含有氰化鏈狀碳酸酯，氰 化鏈狀碳酸酯在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為I. 5wt %，氣體消除劑在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為 0. 75wt %。所述隔膜為厚度為35微米，孔隙率為45 %，透氣率為35cm3/sec的無(wú)紡布，隔膜 材料為聚丙烯與埃洛石顆粒、羧甲基纖維素纖維的復(fù)合材料，成分含量如下： 聚丙稀80wt%， 羧甲基纖維素纖維IOwt %， 埃洛石顆粒IOwt%。
[0022] 其中埃洛石顆粒在復(fù)合前經(jīng)過(guò)純化且過(guò)600目篩子。
[0023] 此外，電池隔膜上涂覆有納米二氧化鈦涂層，涂層的厚度為2微米。
[0024] 上述鈦酸鋰電池的化成方法按如下三個(gè)階段進(jìn)行： (1) 、以0. 05C的電流對(duì)電池恒流充電Ih ; (2) 、以0.1 C的電流對(duì)電池恒流充電3h ; (3) 、以1.0 C的電流對(duì)電池恒流充電2h。
[0025] 其中所述的化成方法為閉口式化成方法，化成過(guò)程中最終的截止電壓為2. 3V，且 三個(gè)階段之間為無(wú)間斷連續(xù)充電方式，鈦酸鋰電池的化成溫度為30°C。
[0026] 實(shí)施例2 一種容量為20Ah的鈦酸鋰電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液和鋁塑膜外包裝。
[0027] 所述正極片上的活性物質(zhì)為三元材料，所述負(fù)極片上的活性物質(zhì)為鈦酸鋰，所述 電解液的溶劑為有機(jī)碳酸酯，電解液中含有鋰鹽，電解液中還含有氰化環(huán)狀碳酸酯，氰化環(huán) 狀碳酸酯在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為2wt %，氣體消除劑在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為Iwt %。所 述隔膜為厚度為50微米，孔隙率為30 %，透氣率為20cm3/sec的微孔薄膜，隔膜材料為聚乙 烯與埃洛石顆粒、羧甲基纖維素纖維的復(fù)合材料，成分含量如下： 聚乙稀85wt%， 羧甲基纖維素纖維7. 5wt%， 埃洛石顆粒7. 5wt%。
[0028] 其中埃洛石顆粒在復(fù)合前經(jīng)過(guò)純化且過(guò)600目篩子。
[0029] 此外，電池隔膜上涂覆有納米二氧化硅涂層，涂層的厚度為1微米。
[0030] 上述鈦酸鋰電池的化成方法按如下三個(gè)階段進(jìn)行： (1) 、以0. 05C的電流對(duì)電池恒流充電Ih ; (2) 、以0.1 C的電流對(duì)電池恒流充電3h ; (3) 、以1.0 C的電流對(duì)電池恒流充電2h。
[0031] 其中所述的化成方法為閉口式化成方法，化成過(guò)程中最終的截止電壓為2. 3V，且 三個(gè)階段之間為無(wú)間斷連續(xù)充電方式，鈦酸鋰電池的化成溫度為25°C。
[0032] 實(shí)施例3 一種容量為20Ah的鈦酸鋰電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液和鋁塑膜外包裝。
[0033] 所述正極片上的活性物質(zhì)為三元材料，所述負(fù)極片上的活性物質(zhì)為鈦酸鋰，所述 電解液的溶劑為有機(jī)碳酸酯，電解液中含有鋰鹽，電解液中還含有氰化環(huán)狀碳酸酯，氰化環(huán) 狀碳酸酯在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為lwt%，氣體消除劑在電解液中的質(zhì)量份數(shù)為0. 5wt%。 所述隔膜為厚度為20微米，孔隙率為55 %，透氣率為50cm3/sec的無(wú)紡布，隔膜材料為聚丙 烯與埃洛石顆粒、羧甲基纖維素纖維的復(fù)合材料，成分含量如下： 聚丙稀75wt%， 羧甲基纖維素纖維12. 5wt%， 埃洛石顆粒12. 5wt%。
[0034] 其中埃洛石顆粒在復(fù)合前經(jīng)過(guò)純化且過(guò)600目篩子。
[0035] 此外，電池隔膜上涂覆有納米二氧化鋯涂層，涂層的厚度為3微米。
[0036] 上述鈦酸鋰電池的化成方法按如下三個(gè)階段進(jìn)行： (1) 、以0. 05C的電流對(duì)電池恒流充電Ih ; (2) 、以0.1 C的電流對(duì)電池恒流充電3h ; (3) 、以1.0 C的電流對(duì)電池恒流充電2h。
[0037] 其中所述的化成方法為閉口式化成方法，化成過(guò)程中最終的截止電壓為2. 3V，且 三個(gè)階段之間為無(wú)間斷連續(xù)充電方式，鈦酸鋰電池的化成溫度為35°C。
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