[发明专利]钛酸锂电池及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钛酸锂电池及其制备方法和应用，涉及电池领域，该钛酸锂电池，其正极材料中采用以能容许电解质锂盐中的阴离子可逆地插层以及脱出的材料为正极活性材料，使得该钛酸锂电池其应用不再受钴、锰资源的制约，大大降低了钛酸锂电池的生产成本，另外，由于上述正极活性材料在高电位下更加稳定，不会出现热失控而带来的材料分解问题，从而保证了钛酸锂电池的安全性；同时，该钛酸锂电池通过正极材料与负极材料相匹配，结合负极转化过程中钛酸锂的零应变效应从根本上解决了嵌入‑脱嵌锂过程中的体积膨胀，提供了远高于传统钛酸锂电池的电压窗口。本发明还提供了上述钛酸锂电池的制备方法，该制备方法工艺简单，成本低。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种钛酸锂电池及其制备方法和应用。

背景技术

随着消费类电子、电动交通工具、储备电源、绿色建筑、便携式医疗电子设备等领域的飞速发展，迫切需要具有更高能量密度、更高功率密度、更长寿命的可充电储能器件。锂离子电池作为当下一种高效的、可多次使用的二次电池，由于其具有高功率密度、高能量密度、绿色友好、无记忆效应、自放电低、循环寿命长等优点，广泛应用于各个行业。

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂，LTO)，反尖晶石结构，不导电的白色粉末，在空气中可稳定存在。钛酸锂最大的特点是“零应变性”，即其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，小于1％。将其作为电极材料，在充放电循环中，这种“零应变性”的特性能够避免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，减少循环带来的比容量衰减，具有非常好的耐过充、过放性能。同时，钛酸锂有着1.55V(vs Li/Li⁺)稳定的放电平台，具有较高的安全性，可将其作为负极材料，与高电压的磷酸铁锂、钴酸锂或三元材料等正极材料匹配，组成新型的锂离子电池，又称为钛酸锂电池或超级电池。

在当前的商业化钛酸锂电池中，与负极匹配的正极中正极活性材料主要为磷酸铁锂、锰酸锂或高镍三元材料等，故钛酸锂电池存在着如下问题：

(1)钛酸锂的放电平台较高(1.55V vs Li/Li⁺)，其作为负极，就需要更高电位的正极材料与之匹配，而越高的电压会造成材料的不稳定，所以，其构成的全电池的操作电压较为有限，一般仅有1.9V～2.4V；

(2)目前钛酸锂电池的正极材料由于需要钴、锰等资源，在当下资源有限的前提下，无疑是增加了钛酸锂电池的生产成本，不利于钛酸锂电池的产业化；

(3)且目前钛酸锂电池的正极材料充放电过程中结构容易不稳定，给钛酸锂电池带来了很大的安全隐患，直接制约了钛酸锂电池的产业化应用。

有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种钛酸锂电池，该钛酸锂电池以能容许电解质锂盐中的阴离子可逆地插层以及脱出的材料作为正极活性材料，使得钛酸锂电池应用不再受钴、锰资源的制约，大大降低了钛酸锂电池的生产成本，同时也提升了该钛酸锂电池的安全性和电压窗口。

本发明的第二目的在于提供一种上述钛酸锂电池的制备方法，该制备方法具有工艺流程简单且生产成本低的优点。

本发明的第三目的在于提供上述钛酸锂电池的应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种钛酸锂电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述隔膜和电解液介于所述正极与所述负极之间；

其中，所述电解液包括电解质锂盐和溶剂；

所述正极包括正极材料和正极集流体，所述正极材料包括正极活性材料，所述正极活性材料为能容许电解质锂盐中的阴离子可逆地插层以及脱出的材料；