锂离子电池及实现锂离子电池快速充电的方法技术

本发明专利技术提供锂离子电池及实现锂离子电池快速充电的方法。这种锂离子电池包括正极，负极以及电解质，负极包括改性Li

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池及实现锂离子电池快速充电的方法
本专利技术涉及能源材料
，尤其涉及锂离子电池及实现锂离子电池快速充电的方法。
技术介绍
随着全球经济的迅猛发展，作为主要能源的煤、石油和天然气等化石燃料日益枯竭，环境污染不断加剧，开发新能源和可再生清洁能源已成为当务之急。而在众多新能源技术中，储能成为最为关键的环节。动力锂离子电池虽然不是一种产生能源的体系，却因为其清洁、安全和便利等优势在国民经济和日常生活中发挥着越来越重要的作用。与商业化的嵌锂碳相比，Li4Ti5O12负极材料脱嵌锂过程晶体体积变化小、循环稳定性良好、安全性优越，具有更高的安全稳定性以及更好的电化学性能，而与合金类的负极材料相比，Li4Ti5O12的价格更低廉且制备更容易。但是，Li4Ti5O12材料的导电性能差，限制了它的倍率性能，其循环性能也不尽人意，阻碍了它的大规模使用。专利技术人研究发现，通过减小颗粒尺寸，掺杂阴阳离子和包覆等方法，可以有效共弥补Li4Ti5O12材料的性能缺陷，提高其电化学性能。目前应用最广的是通过碳包覆Li4Ti5O12材料来改善其电化学性能，CN104993118A公开了一种锂离子负极材料Li4Ti5O12/C的合成方法，将二氧化钛和有机碳源加水混合，球磨处理后喷雾造粒，得到碳包覆二氧化钛粉体；然后加入锂源球磨处理后喷雾造粒，得到干燥粉体；再进行高温热处理，经过气流分级即得到锂离子负极材料Li4Ti5O12/C。但碳包覆虽然可以改善电极材料的电导率，但碳含量过多会降低材料的振实密度，导致体积比能量的降低，碳包覆Li4Ti5O12材料的倍率性能和循环稳定性也仍有待进一步加强和提高。除此之外，快速充电是锂离子电池面临的技术挑战之一。Li4Ti5O12负极材料的缺点是导电性差，影响其性能。专利技术人经研究发现，Li4Ti5O12负极材料的导电性会随着嵌锂量的增加快速增加，从而提高其导电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在提供一种锂离子电池，此锂离子电池采用改性Li4Ti5O12负极材料，成本低廉，性能优越，是一种超长循环寿命的电池体系。本专利技术的另一目的在于提供一种锂离子电池快速充电的方法，先以低电流密度提高电池负极材料的嵌锂量，从而提高电池负极材料的导电性能，实现锂离子电池的快速充电。为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术措施：本专利技术提供一种锂离子电池，包括正极，负极以及电解质，负极包括改性Li4Ti5O12负极材料，Li4Ti5O12负极材料按以下方法制备而成：将锂盐、钛源、碳源和金属盐添加到分散液中，分散处理后进行干燥得到粉体，粉体经高温固相合成得到改性Li4Ti5O12负极材料。本专利技术提供一种锂离子电池快速充电的方法，先以低电流密度在上述负极中嵌入8～15％的锂离子，再以高电流密度完成充电过程。低电流密度为在0.001C～0.01C倍率下充放电的电流，高电流密度为在大于或等于0.1C倍率下充放电的电流。与现有技术相比较，本专利技术的锂离子电池以改性Li4Ti5O12负极材料作为负极，这种改性Li4Ti5O12负极材料对Li4Ti5O12材料进行了碳-金属共包覆，得到的复合材料具有尖晶石立方结构，复合材料的结构的稳定性更佳，结晶度得到明显提高。同时，包覆后的复合材料在表面形成厚度均一、平滑均整的包覆层，复合材料的具有完整的衍射条纹且结晶良好，粒径分布均匀，球形度高，能够有效提高复合材料的导电性能，从而改善其电化学性能。碳和金属的包覆作用大幅度提高了Li4Ti5O12本体材料的电子导电性和离子扩散能力，因此材料的倍率性能得到提高，循环稳定性得到了极大的改善。因此制备得到的锂离子电池充放电平台稳定，容量值高。此外，这种锂离子电池的库伦效率较高，接近100％，具有很好的可逆性和循环稳定性，具有超长的循环寿命。这种锂离子电池在循环过程中处于较稳定的电极平衡状态，产生的极化作用很小，其在循环过程中保持了较好的循环稳定性和综合电化学性能。除此之外，本专利技术的锂离子电池在充电过程中，先以低电流密度，即在0.001C～0.01C倍率下在电池负极中嵌入一定量的锂离子后，无需额外加入导电剂，即可极大提高负极材料的导电性能，实现锂离子电池的快速充电。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为Li4Ti5O12、Li4Ti5O12/C、Li4Ti5O12/C-Cu和Li4Ti5O12/C-Ag材料的XRD图谱；图2为Li4Ti5O12(a)、Li4Ti5O12/C(b)、Li4Ti5O12/C-Cu(c)和Li4Ti5O12/C-Ag(d)材料的SEM图像；图3为Li4Ti5O12(a)、Li4Ti5O12/C(b)、Li4Ti5O12/C-Cu(c)和Li4Ti5O12/C-Ag(d)材料的TEM图像；图4为Li4Ti5O12/C-Cu(a)和Li4Ti5O12/C-Ag(b)包覆层的EDX图像；图5为Li4Ti5O12(a)、Li4Ti5O12/C(b)、Li4Ti5O12/C-Cu(c)和Li4Ti5O12/C-Ag(d)在不同倍率下的首次充放电曲线；图6为Li4Ti5O12、Li4Ti5O12/C、Li4Ti5O12/C-Cu和Li4Ti5O12/C-Ag材料的循环性能；图7为Li4Ti5O12、Li4Ti5O12/C、Li4Ti5O12/C-Cu和Li4Ti5O12/C-Ag材料的循环伏安曲线；图8为Li4Ti5O12、Li4Ti5O12/C、Li4Ti5O12/C-Cu和Li4Ti5O12/C-Ag的交流阻抗图谱；图9为LiMn2O4-Li4Ti5O12软包装锂离子电池充放电曲线；图10为LiMn2O4-Li4Ti5O12软包装锂离子电池的循环性能；图11为LiMn2O4-Li4Ti5O12软包装锂离子电池的库伦效率图；图12为LiMn2O4-Li4Ti5O12软包装锂离子电池的交流阻抗图；图13为Li4Ti5O12/C-Ag材料的充放电性能曲线。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术实施例还提供一种锂离子电池，包括正极、负极以及电解液，其中，负极包括改性Li4Ti5O12复合材料。该改性Li4Ti5O12负极材料按以下方法制备得到：首先，将锂盐、钛源、碳源和金属盐添加到分散液中。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，按锂离子与钛离子的摩尔比为0.7～0.9:1添加锂盐和钛源。该摩尔比下，能够有效保证Li4Ti5O12的合成，制得的材料产率更好，质量更佳。具体地，按化学计量比添加锂盐和钛源。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，改性Li4Ti5O12负极材料中碳含量和金属含量分别为改性Li4Ti5O12负极材料质量分数的2～8％。该添加比例下，保证在不改变Li4Ti5O12的晶体结构的条件下，在Li4Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，其特征在于，包括正极，负极以及电解质，所述负极包括改性Li

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极，负极以及电解质，所述负极包括改性Li4Ti5O12负极材料，所述Li4Ti5O12负极材料以下方法制备而成：将锂盐、钛源、碳源和金属盐添加到分散液中，分散处理后进行干燥得到粉体，所述粉体经高温固相合成得到所述改性Li4Ti5O12负极材料。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极包括锰酸锂材料，所述锰酸锂材料通过高温固相反应法合成。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述Li4Ti5O12负极材料的制备过程中，所述改性Li4Ti5O12复合材料中的碳含量和金属含量分别为所述改性Li4Ti5O12复合材料质量分数的2～8％。4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属盐选自铜盐、银盐、锡盐、锆盐中的一种。5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属盐选自硝酸银...

【专利技术属性】
技术研发人员：路密，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建,35