CN102903956A

CN102903956A - 钛酸锂电池及其电解液

Info

Publication number: CN102903956A
Application number: CN2012103975019A
Authority: CN
Inventors: 许杰; 戴晓兵
Original assignee: Zhuhai Smoothway Electronic Materials Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Smoothway Electronic Materials Co Ltd
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: CN102903956B

Abstract

本发明公开了一种钛酸锂电池及其电解液，旨在提供一种能抑制钛酸锂电池产气以避免电池在高温时胀气的钛酸锂电池及其电解液。该钛酸锂电池包括负极材料和电解液，所述负极材料为钛酸锂，所述电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂包括双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、1,3-丙烷磺内酯(PS)中的一种或多种组合，所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量的1%~5%。本发明可广泛应用于钛酸锂电池领域。

Description

钛酸锂电池及其电解液

技术领域

本发明涉及一种钛酸锂电池及其电解液。

背景技术

目前商品化的锂离子电池负极材料大多是嵌锂碳材料，由于嵌锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，碳电极表面易析出金属锂，它与电解液反应产生可燃气体混合物，因而给电池、特别是动力电池造成很大的安全隐患。同时，石墨电极还存在电解液的共嵌入问题，这也将影响电极的循环稳定性。因此，寻找比碳负极在稍正的电位下嵌入锂、廉价易得、安全可靠的新型负极材料是必要的。其中低电位过渡金属氧化物及复合氧化物作为锂离子电池的负极材料引起了人们的广泛注意，钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是其中广受关注的材料之一。Li₄Ti₅O₁₂相对于锂电极的电位为1.55V，理论比容量为175mAh/g，实际比容量150～160mAh/g。在Li 嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，体积变化小于1%，因此被称为“零应变材料”，这具有重要意义，能够避免充放电循环中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，减少了随循环次数增加而带来比容量大幅度的衰减，使Li₄Ti₅O₁₂具有比碳负极更优良的循环性能。在25℃下，Li₄Ti₅O₁₂的化学扩散系数为2×10^-8cm2/s，比碳负极材料中的扩散系数大一个数量级，高的扩散系数使得该负极材料可以快速、多循环充放电。但是，在实际应用中发现，以钛酸锂为负极的电池在高温时容易胀气，此种现象针对软包装电池尤为明显。经研究，人们普遍认为其原因在于钛酸锂中含有微量杂质，在高温时起到催化溶剂分解产气的作用。经我们的研究发现，通过电解液的改进是可以解决这一问题的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能抑制钛酸锂电池产气以避免电池在高温时胀气的钛酸锂电池及其电解液。

本发明一种钛酸锂电池用电解液所采用的技术方案是：本发明包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂包括双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、1,3-丙烷磺内酯(PS)中的一种或多种组合，所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量的1%~5%。

所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量2%-3%。

所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiN(CF₃SO₂)₂)中的任意一种或是其中的几种混合使用，所述锂盐的浓度为0.5M-1.5M。

所述有机溶剂为链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类及杂环化合物的一种或多种。

本发明一种钛酸锂电池所采用的技术方案是本发明包括负极材料、电解液锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂包括双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、1,3-丙烷磺内酯(PS)中的一种或多种组合，所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量的1%~5%，它还包括负极材料，所述负极材料为钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)。

本发明的有益效果是：由于本发明电解液中加入了双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、1,3-丙烷磺内酯(PS)中的一种或多种组合添加剂，上述物质的加入可使得钛酸锂电池的表面形成优良的SEI膜，能阻止电解液与负极为钛酸锂材料的直接接触，因此可以有效抑制钛酸锂电池的产气，所以本发明能抑制钛酸锂电池产气以避免电池在高温时胀气。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明及其有益效果进行解释和说明，但并不是作为对本发明的限制。

实施例一：

本发明所述钛酸锂电池包括正极材料、负极材料以及电解液，所述负极材料为钛酸锂，所述电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述锂盐可以是六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiN(CF₃SO₂)₂)中的任意一种或是其中的几种混合使用，其浓度可以是0.5M-1.5M，本实施例中采用的是浓度为1M的六氟磷酸锂，选用重量比为1:1:1的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸甲乙酯（EMC）的混和物作为有机溶剂，以及按100重量份的所述锂盐和所述有机溶剂计，添加1重量份的双草酸硼酸锂作为所述添加剂。

实施例二:

其它与实施例一相同，所述添加剂为1重量份的二氟草酸硼酸锂、1重量份的双草酸硼酸锂、3重量份的1,3-丙烷磺内酯。

实施例三:

其它与实施例一相同，所述添加剂为2重量份的二氟草酸硼酸锂、0.5重量份的1,3-丙烷磺内酯。

实施例四:

其它与实施例一相同，所述添加剂为1重量份的双草酸硼酸锂、3重量份的1,3-丙烷磺内酯。

实施例五:

其它与实施例一相同，所述添加剂为0.5重量份的二氟草酸硼酸锂、0.5重量份的双草酸硼酸锂。

实施例六:

其它与实施例一相同，所述添加剂为1重量份的二氟草酸硼酸锂。

实施例七:

其它与实施例一相同，所述添加剂为2.5重量份的二氟草酸硼酸锂。

实施例八:

其它与实施例一相同，所述添加剂为5重量份的二氟草酸硼酸锂。

实施例九:

其它与实施例一相同，所述添加剂为1重量份的1,3-丙烷磺内酯。

实施例十:

其它与实施例一相同，所述添加剂为2.5重量份的1,3-丙烷磺内酯。

实施例十一:

其它与实施例一相同，所述添加剂为5重量份的1,3-丙烷磺内酯。

实施例十二:

其它与实施例一相同，所述添加剂为0.5重量份的二氟草酸硼酸锂、2重量份的1,3-丙烷磺内酯。

实施例十三:

其它与实施例一相同，所述添加剂为2.5重量份的二氟草酸硼酸锂、2.5重量份的1,3-丙烷磺内酯。

比较例:

电解液选用重量比为1:1:1的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸甲乙酯（EMC）的混和物作为有机溶剂，LiPF6为1.0M。

上述实施例中的电解液经制成电池后，测量电池在高温下的储存性能和常温循环性能等，结果如下表所示：

表一

Figure 2012103975019100002DEST_PATH_IMAGE001

由表一的试验结果可以看出，相对于比较例，使用了本发明所述添加剂后，电池的高温储存性能以及电池的循环寿命明显提高。

Claims

1.一种钛酸锂电池用电解液，它包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于：所述添加剂包括双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、1,3-丙烷磺内酯(PS)中的一种或多种组合，所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量的1%~5%。

2.根据权利要求1所述的钛酸锂电池用电解液，其特征在于：所述添加剂的使用质量相当于所述锂盐和所述有机溶剂总质量的2%-3%。

3.根据权利要求1所述的钛酸锂电池用电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiN(CF₃SO₂)₂)中的任意一种或是其中的几种混合使用，所述锂盐的浓度为0.5M-1.5M。

4.根据权利要求1所述的钛酸锂电池用电解液，其特征在于：所述有机溶剂为链状和环状碳酸酯类、羧酸酯类、醚类及杂环化合物的一种或多种。

5.一种包括权利要求1所述钛酸锂电池用电解液的钛酸锂电池，其特征在于：它还包括负极材料，所述负极材料为钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)。