[发明专利]安全性能良好的锂离子动力电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种安全性能良好的锂离子动力电池。

背景技术

锂离子动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池。锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。一般锂离子动力电池的结构为：以叠片形式，将正极片、隔膜、负极片相间而形成的电芯（或者以卷绕形式制作电芯），然后连接外部端子，放入硬壳（例如塑壳、钢壳、铝壳）或者铝塑膜中，注入电解液。而目前的锂离子动力电池存在着循环寿命短、安全性能差等问题。为了增加电池循环寿命，传统的方法是通过调整正负极配方，增加粘结剂含量来达到目的。但是随着粘结剂含量的增加，电池内阻会逐渐增大，导致电池的发热量增大。为了提高电池的安全性能，传统的方法是在电解液中添加阻燃添加剂，或者采用PP、PE、PP-PE-PP涂层隔膜。电解液中添加阻燃添加剂在一定程度上使得安全性能得到提高，但是导致电解液电导率下降，影响电池的放电性能。如果采用PP、PE、PP-PE-PP涂层隔膜，虽然有效地增加电池的安全使用性，但是常规PP、PE、PP-PE-PP隔膜的熔点为160℃左右，经过涂层处理后熔点上升至180℃左右，安全性能改善有限。

一个申请号为200910032833.5，申请日为2009-06-04的发明专利提供了一种锂离子动力电池，它包括外壳和叠层电芯，外壳封装在叠层电芯的外面，叠层电芯包括有负极片、正极片和绝缘隔膜，负极极耳接头下部的两侧设置有极耳夹板，负极片通过穿在极耳夹板上的固定件与负极极耳接头相连接，正极极耳接头下部的两侧也设置有极耳夹板，正极片通过穿在极耳夹板上的固定件与正极极耳接头相连接，所有的负极片形状相同，所有的正极片形状相同。本发明加工工艺简单，成本低；循环寿命得到一定增加，安全性得到了有限的提高，但是仍然存在上述所说的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前的锂离子动力电池存在的循环寿命短、安全性能差的问题以及对这些问题的解决方法存在不足的问题，提供了一种安全性能良好的锂离子动力电池。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种安全性能良好的锂离子动力电池，包括正极、隔膜、负极和电解液，负极包括负极集流体和负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料和导电物质，负极活性材料为钛酸锂，负极容量与正极容量的比值为0.65-0.68，所述负极集流体为电解铜箔，厚度范围为4-5μm，纯度≥99%；负极活性材料层的密度为250-280g/m²，所述正极包括正极集流体和正极活性材料层，正极集流体为压延铝箔，厚度范围为3-5μm，纯度≥99%；正极活性材料层的密度为330-350g/m²。

传统锂离子动力电池采用石墨材料作为负极，电池充电时，锂离子会与石墨形成C_XLi化合物。当电池发生被异物刺破等异常情况下，C_XLi化合物极易与空气中的氧气、水分发生反应，产生大量热量，从而失效发生火灾；而且在循环过程中，石墨膨胀程度为6-10%，影响电池循环性能。而采用钛酸锂作为负极材料，电池充电时，锂离子会与钛酸锂形成Li₇Ti₅O₁₂化合物。此化合物非常稳定，即使电池发生意外，也不会与氧气、水分发生副反应，不产生热量。因此负极采用钛酸锂材料能够很大程度提高锂离子动力电池的安全性能。

目前将钛酸锂作为负极的电池，通常是设计钛酸锂过量，即负极容量过量。因此在电池充放电循环循环过程中，钛酸锂材料没有完全参与反应，就会在循环过程中不断产生气体。而产生的气体对电池的安全又造成了威胁。本专利通过设计正极材料过量，使得钛酸锂材料能够完全参加反应，可以从避免电池循环过程中不断产生气体的可能性，进而提高了电池的安全性。

本发明将正极容量过量，并设定负极容量与正极容量的比值为0.6-0.75。其中比值为0.6-0.75是最关键的控制技术，首先，在此比值范围内，可以让钛酸锂材料全部参加反应，避免循环过程中不断产生气体；然后可以保证电池优秀的循环性能；其次还能保证电池保持较高的能量密度。如果比值太高，不能保证钛酸锂材料在循环过程中完全参加反应，从而可能会有气体产生，降低安全性。如果比值太低，不仅会导致电池能量密度太低，还会在循环过程中导致钛酸锂相对电位降低，影响电池循环性能。通过优化正、负极容量配比，使钛酸锂负极表面生成SEI膜，提高高温循环循环性能，抑制胀气现象。