[发明专利]大倍率充放电动力锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，具体涉及负极采用钛酸锂材料，正极采用锰酸锂材料。

背景技术

能源和环境问题是二十一世纪人类所面对的两个最重要问题。在我国，随着工业化和城市化的加速，经济对石油的需求迅速增大，我国石油供应明显不足，对外依存度不断提高。预计到2010年和2020年，我国石油需求量将分别达到3.4亿吨和4.84亿吨，石油自给量仅1.95亿吨和1.84亿吨，对外依存度达42.6％和62％。随着越来越多的石油和煤碳被开采和燃烧，大气中CO₂等温室气体将不断增加。国家安全和环境压力也将面临巨大挑战。在此背景下如何实现对矿石能源的替代，将各种能源形式(比如核能、太阳能、风能、潮汐能等与电能之间的)有效转化和贮存，便成为科学家研究的热点。

锂离子二次电池因其能量密度高，循环寿命长、安全性能好、无污染等优点，已被广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等各种便携式设备中，可以预计不久的将来也会广泛应用于混合电动车(HEV)、电动汽车(EV)等大型设备中。这将对高容量锂离子电池提出更高的要求。

传统的锂离子电池是由石墨为负极材料。其电位约为0-0.2V(vs.Li/Li+)，当材料以大倍率进行充电时，由于其嵌锂电位与金属锂电位十分接近，由于浓差极化，锂离子极易在材料表面析出，从而影响电池的安全性能和循环性能。钛酸锂的电位约为1.5V(vs.Li/Li+)，且锂离子扩散系数2×10-8cm²/S，比石墨高出一个数量级。大倍率充放电时，锂离子不易在材料表面析出。在充放电过程中骨架结构保持不变，不存在体积效应，是一种理想的锂离子电池负极材料。

纯的钛酸锂，电导率低，仅为10-9S/cm；颗粒表面比较光滑，吸附电解液能力差，不利于电池容量和倍率性能的发挥。动力电池在滥用和过充的情况下极易发生爆炸。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可大倍率充放电的，安全性能优良的锂离子动力电池。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种大倍率充放电动力锂离子电池，包括正极材料、负极材料及电解液；其特征在于：正极材料的组成为：锰酸锂、碳黑和PVDF；负极材料包括：表面包覆裂解碳或金属或金属氧化物的改性钛酸锂、添加剂、导电剂、粘结剂、草酸；电解液的溶质包含LiBOB、LiPF₆、LiClO₄中的至少一种，溶剂中至少包含DMMP。

所述的电解液的溶剂为含有EC、PC、DEC、DMC、DMMP的多元混合物。

所述正极材料的组成以质量比计的具体配比为：80-98％的锰酸锂、10-1％的碳黑和10-1％的PVDF。

所述负极材料的组成以质量比计的具体配比为：80-96％的表面包覆裂解碳或金属或金属氧化物的改性钛酸锂、1-0.1％的添加剂、2-10％的导电剂、1-10％的粘结剂、1-3％的草酸。

所述添加剂采用SiO2，且SiO2粒径控制在10-500nm之间；导电剂选用Super-P、KS-6或碳纳米管；粘合剂为丙烯酸类聚合物胶乳。

一种大倍率充放电动力锂离子电池的生产方法，其特征在于：

正极片的制作包括：按质量比将80-98％的锰酸锂、10-1％的碳黑、10-1％的PVDF加入搅拌釜中，抽真空并搅拌，加入NMP继续搅拌，得正极浆料；将正极浆料涂布在铝箔两面，经烘烤、锟压制得正极片；

负极片的制作包括：按质量比将80-96％的表面包覆裂解碳或金属或金属氧化物的改性钛酸锂、1-0.3％的添加剂、2-10％的导电剂、1-10％的粘结剂、1-3％的草酸加入搅拌釜中，抽真空并搅拌，加入适量NMP继续搅拌，得负极浆料；将负极浆料涂布在铜箔两面，经烘烤、锟压制得负极片。

本发明根据钛酸锂材料所固有的一些缺点，及动力电池使用过程中可能出现的安全性问题，对现有工艺进行了一些改进。技术先进性和创新性主要表现在：

(1)针对钛酸锂本身电导率低的特点，采用表面包覆有高导电物质的改性钛酸锂为负极材料，从而改善了电池的大电流放电性能。

(2)针对动力电池在使用过程中易着火燃烧的缺点，对电解液系统进行改进。采用具有阻燃特性的甲基磷酸二甲酯(DMMP)全部或部分取代碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)等易燃溶剂，从而提高了电池的安全性能。

(3)为了改善钛酸锂材料吸液率低的特点，在负极配料过程中加入适量SiO2，显著改善材料的吸液性能。

(4)采用价格便宜的锰酸锂为正极材料，降低了电池的成本。