專利名稱：一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。特別是涉及一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系。在常用二次鋰離子電池、動(dòng)力能源電池以及儲(chǔ)能電池領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
鋰離子電池由于其工作電壓高、體積和能量密度大、使用壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染以及自放電小等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛用于小型家用電器以及便攜式電器。隨著電子設(shè)備小型化和便攜化，以及綠色環(huán)保的電動(dòng)汽車的出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展，鋰離子電池應(yīng)用市場正在不斷擴(kuò)大，未來，伴隨著清潔能源以及智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，鋰離子電池作為一種綠色經(jīng)濟(jì)環(huán)保的儲(chǔ)能方式將在電網(wǎng)谷電和新能源(如光伏電、風(fēng)電等)儲(chǔ)存中發(fā)揮重要作用。在眾多非碳基負(fù)極材料中，尖晶石型的Li4Ti5O12顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。相比于其它負(fù)極材料，其具有較高的鋰離子 擴(kuò)散系數(shù)，且鋰離子在其中脫出和嵌入的過程中，體積幾乎沒有變化，被稱為一種“零應(yīng)變材料”，循環(huán)穩(wěn)定性好。該材料電化學(xué)平臺(tái)電位較高，約為1.55V(vs Li/Li+)，因此避免了金屬鋰在負(fù)極材料表面的析出，使其安全性能大大提高。但是，目前該材料在使用和貯存過程中由于電解液和材料發(fā)生副反應(yīng)而導(dǎo)致電池脹氣，影響該電池使用壽命和性能。造成這種現(xiàn)象的原因可能由于鈦酸鋰基材料中的鈦易催化碳酸酯基電解液分解產(chǎn)生氣體；也可能是由于電解液中微量的水分的存在，導(dǎo)致六氟磷酸鋰電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)生成氫氟酸，從而與電解材料發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生脹氣。基于上述問題，我們提出采用一種以醚類有機(jī)溶劑為基的電解液體系代替現(xiàn)有碳酸酯基電解液用于尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池，從而解決其由于產(chǎn)生脹氣所帶來的電池性能惡化問題，大大提高電池體系循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出用一種全新的醚類電解液體系代替現(xiàn)有商業(yè)化使用的碳酸酯基電解液體系，并將其應(yīng)用到尖晶石鈦酸鋰為負(fù)極的儲(chǔ)能型鋰離子二次電池。通過使用該體系電解液，大大提高了正負(fù)極材料和電解液在電池循環(huán)過程的穩(wěn)定性，從而有效防止鈦酸鋰基材料在電池貯存和循環(huán)過程中，由于電解液分解，所帶來的脹氣問題，使得電池使用壽命大大延長。


圖1為本發(fā)明LiZli4Ti5O12體系模擬半電池典型首次充放電測試曲線圖。其中V為電壓；mAh/g為容量。圖2為本發(fā)明Lizli4Ti5O12體系模擬半電池體系采用IM LiFSI溶劑為TEGDME的電解液中的1000次循環(huán)壽命曲線圖。其中V為電壓；mAh/g為容量。
圖3為本發(fā)明LiFePO4Zli4Ti5O12體系模擬全電池體系采用IMLiFSI溶劑為TEGDME的電解液的典型首次充放電測試曲線圖。其中V為電壓；mAh/g為容量。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1Li/Li4Ti5012體系模擬半電池，具體過程如下按照重量百分比8 I I分別稱取一定量的Li4Ti5O12、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以鋁箔作為集流體，通過滾壓機(jī)將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。電解液采用有機(jī)電解液TEGDME，電解質(zhì)為lmol/LLiFSI，所得電解液水含量低于15ppm。電池裝配采用標(biāo)準(zhǔn)扣式電池CR2032，隔膜為玻璃纖維。整個(gè)裝配過程在水分含量低于O. 5ppm的IS氣手套箱中完成。測試結(jié)果如圖1和2及表I所不。實(shí)施例2Li/Li4Ti5012體系模擬半電池，具體過程如下按照重量百分比8 I I分別稱取一定量的Li4Ti5O12、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以銅箔作為集流體，通過滾壓機(jī)將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。電解液采用有機(jī)電解液TGDME，電解質(zhì)為lmol/LLiTFSI，所得電解液水含量低于lOppm。電 池裝配采用標(biāo)準(zhǔn)扣式電池CR2032，隔膜為玻璃纖維。整個(gè)裝配過程在水分含量低于O. 5ppm的IS氣手套箱中完成。測試結(jié)果如表I所不。實(shí)施例3系模擬半電池，具體過程如下按照重量百分比8 I I分別稱取一定量的LiFePO4、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以鋁箔作為集流體，通過滾壓機(jī)將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。電解液采用有機(jī)電解液DGDME，電解質(zhì)為lmol/L LiFSI,所得電解液水含量低于15ppm。電池裝配采用標(biāo)準(zhǔn)扣式電池CR2032，隔膜為玻璃纖維。整個(gè)裝配過程在水分含量低于0. 5ppm的IS氣手套箱中完成。測試結(jié)果如表I所不。實(shí)施例4LiFeP04/Li4Ti5012體系模擬全電池，具體過程如下正極極片制作過程按照重量百分比8 I I分別稱取一定量的LiFePO4、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以鋁箔作為集流體，通過滾壓機(jī)將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。負(fù)極極片制作過程按照重量百分比8 I I分別稱取一定量的Li4Ti5O12、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以鋁箔作為集流體，通過滾壓機(jī)將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。電解液體系電解液采用有機(jī)電解液TEGDME，電解質(zhì)為lmol/L LiFSI，所得電解液水含量低于IOppm0電池裝配采用標(biāo)準(zhǔn)扣式電池CR2032，隔膜為玻璃纖維。整個(gè)裝配過程在水分含量低于O. 5ppm的IS氣手套箱中完成。測試結(jié)果如表I所不。實(shí)施例5LiFeP04/Li4Ti5012體系模擬全電池，具體過程如下正極極片制作過程按照重量百分比8 I I分別稱取一定量的LiFePO4、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以鋁箔作為集流體，通過滾壓機(jī)將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。負(fù)極極片制作過程按照重量百分比8 I I分別稱取一定量的Li4Ti5O12、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)，以吡咯烷酮為分散劑，將其攪拌混合均勻。以銅箔作為集流體，通過滾壓機(jī)將混合漿料滾壓成厚度為50微米的極片。電解液體系電解液采用有機(jī)電解液TGDME，電解質(zhì)為lmol/L LiCF3SO3,所得電解液水含量低于15ppm0電池裝配采用標(biāo)準(zhǔn)扣式電池CR2032，隔膜為聚合物隔膜Celgard2300。整個(gè)裝配過程在水分含量低于O. 5ppm的氬氣手套箱中完成。測試結(jié)果如表I所示。表1:
權(quán)利要求
1.一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系，其特征是采用醚類有機(jī)溶劑為電解液溶劑，形成一種非碳酸酯的電解液體系，從而減少電池在使用和貯存過程中出現(xiàn)的副反應(yīng)，提高鋰離子電池正負(fù)極在循環(huán)過程中的穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系，其特征在于所述非碳酸酯基電解液主要為醚類體系電解液，所采用的醚類有機(jī)溶劑主要包括二甲醚(DME)、縮二乙二醇二甲醚(DGDME)、縮三乙二醇二甲醚(TGDME)、縮四乙二醇二甲醚(TEGDME)、二丙二醇二甲醚(DPGDME)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系，其特征在于所述有機(jī)電解液所使用的鋰鹽選自LiPF6、LiBF4,LiAsF6' LiSbF6' LiClO4' LiAlCl4' LiTFS1、LiFS1、LiGaCl4' LiB10Cl10' LiCF3SO3' LiC4F9SO3'LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)，其中 x 和 y 是自然數(shù)，LiBFz(CF3)4_z，其中 z < 4 的自然數(shù)，所述鋰鹽的濃度為0. 5 2. OmoI/Lo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系，其特征在于所述儲(chǔ)能電池用鋰離子二次電池負(fù)極采用以尖晶石鈦酸鋰為基的負(fù)極材料，以及其相關(guān)改性材料，其中包括過渡金屬摻雜或表面包覆等手段改性后的鈦酸鋰材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系，其特征在于所述儲(chǔ)能電池用鋰離子二次電池正極選自磷酸鐵鋰基正極材料、尖晶石錳酸鋰基正極材料、三元層狀正極材料、層狀鈷酸鋰正極材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系，其使用范圍包括以鋰離子電池為動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力電池如純動(dòng)力電池車，混合動(dòng)力電池車等，以及以鋰離子電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池如智能電網(wǎng)和清潔能源風(fēng)能、太陽能等的儲(chǔ)能設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尖晶石鈦酸鋰儲(chǔ)能型鋰離子二次電池用非碳酸酯基新型電解液體系。其特征是采用醚類有機(jī)溶劑為電解液，形成一種非碳酸酯的電解液體系，并將其應(yīng)用到尖晶石鈦酸鋰為負(fù)極的儲(chǔ)能型鋰離子二次電池。通過使用該體系電解液，大大提高了正負(fù)極材料和電解液在電池循環(huán)過程的穩(wěn)定性，從而有效防止鈦酸鋰基材料在電池貯存和循環(huán)過程中，由于電解液分解，所帶來的脹氣問題，使得電池使用壽命大大延長。
文檔編號(hào)H01M10/0569GK103035948SQ20111029139
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者胡勇勝, 索鎏敏, 李泓, 陳立泉 申請人:中國科學(xué)院物理研究所