本发明专利技术公开了一种钛酸锂基锂离子二次电池及其非水电解液和用途，所述非水电解液包括：功能添加剂正全氟丁基黄酰亚胺锂(LiFNFSI)和/或功能添加剂双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；所述LiFNFSI的分子式为Li[N(SO2F)(SO2(CF2)3CF3)]；所述LiFSI的分子式为Li[F2NO4S2]；所述LiFNFSI和/或LiFSI，用于在所述锂离子二次电池的钛酸锂负极表面形成稳定致密的固体电解质界面SEI膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种钛酸锂基锂离子二次电池及其非水电解液和用途。
技术介绍
自1991年日本索尼公司成功将以碳材料为负极，LiCoO2为正极的锂离子电池商品化后，锂离子电池因其能量密度大，平均输出电压高，自放电小，循环性能优异，绿色环保等优点革新了消费电子产品的面貌。至今仍然占领着便携电子器件的市场，并逐渐推向电动汽车领域及大规模储能系统。但是电动汽车所需动力电池需要同时具备较高的功率密度和能量密度；而储能电池则对电池的循环寿命与成本方面有更高的要求。现在已经商品化的基于石墨负极的锂离子电池虽然经过了二十几年的发展，已经趋于成熟，但是其倍率性能依然较差，不能实现快速充放电。而电动汽车所用的电池则必须要在短时间内实现充电以满足现实需求。并且汽车启动和加速过程则需要动力电池以大倍率放电，这些都不是石墨负极所能实现的。除此之外，基于石墨负极的锂离子电池老化的主要原因是石墨负极在脱嵌锂离子过程中的体积形变较大，导致石墨层剥落，产生新的活性点又会引发电解液被还原等副反应，这样固体电解质界面(SEI)膜在不断的形成和分解，消耗电解液，从而导致电池寿命缩短。这种副反应的问题在所有低电压负极材料中都存在。Li4Ti5O12的嵌锂电位在1.55V vs Li/Li+,高于SEI膜的形成电压，在该电压下，电解液不会被还原，此外其工作电位
远高于金属锂的沉积电位，有效的避免Li枝晶的形成，具有更好的安全性。另外Li4Ti5O12负极还是一种零应变材料，即电极在电池充放电过程中，不会随着锂离子的脱出和嵌入而发生体积形变，电极受到的应力和破坏可以减小到最低，保证了更高的循环寿命。因此Li4Ti5O12被视为下一代锂离子电池中一种重要的负极材料，尤其是用在电动汽车上和长寿命的大规模储能上。但是Li4Ti5O12目前面临着一个巨大的挑战，即Li4Ti5O12基电池在存储和循环过程中的胀气行为，特别是高温胀气严重制约了Li4Ti5O12电池的商业化进程。究其主要原因主要是因为电极材料中的钛催化电解液的分解，产生H2，CO，CO2和烷烃类等气体。产生的气体在正负极之间，导致电池内各个原件的电接触变差，阻抗变大，容量迅速衰减。所以解决胀气问题是Li4Ti5O12应用过程中必须解决的一个技术挑战。
技术实现思路
本专利技术提供了一种钛酸锂基锂离子二次电池及其非水电解液和用途。通过在非水解电解液中添加功能添加剂，使得所述锂离子二次电池在贮存、工作的工程中，不产生传统的锂离子二次电池，特别是含有钛酸锂的锂离子二次电池的胀气现象。即使在高温55℃下工作也不会产生气体，使得该类锂离子电池的使用性能和寿命大大提高。第一方面，用于基于钛酸锂(Li4Ti5O12)负极的锂离子二次电池的非水电解液，所述非水电解液包括：功能添加剂正全氟丁基黄酰亚胺锂(LiFNFSI)和/或功能添加剂双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；所述LiFNFSI的分子式为Li[N(SO2F)(SO2(CF2)3CF3)]；所述LiFSI的分子式为Li[F2NO4S2]；所述LiFNFSI和/或LiFSI，用于在所述锂离子二次电池的负极表面形成稳定致密的固体电解质界面SEI膜。优选的，所述功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.001wt％～30wt％。进一步优选的，所述功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.1wt％～10wt％。优选的，所述非水电解液还包括：除所述功能添加剂之外的其它SEI成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂或稳定剂中的一种或多种。优选的，所述非水电解液还包括：锂盐和有机溶剂；其中，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、三氟甲基磺酸锂中的一种或多种；所述有机溶剂为环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯、环状内酯中的一种或多种的混合溶剂。第二方面，本专利技术实施例提供了一种第一方面所述的非水电解液的用途，其特征在于，所述非水电解液用于以钛酸锂或其它工作电位高于1V的电极材料为负极的锂离子二次电池中，用以抑制所述该类锂离子二次电池的负极材料在工作、贮存过程中的胀气行为。第三方面，本专利技术实施例提供了一种钛酸锂基锂离子二次电池，包括上述第一方面所述的非水电解液。第四方面，本专利技术实施例提供了一种上述第三方面所述的锂离子二次电池的用途，所述锂离子二次电池用于汽车、电动工具的动力电池，以及太阳能发电、风力发电、智能电网调峰、分布电站、后备电源或通信基站的储能设备。本专利技术实施例提供的钛酸锂基锂离子二次电池的非水电解液，包括功能添加剂正全氟丁基黄酰亚胺锂(LiFNFSI)和/或双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，可以在高电位下发生分解反应，能够使得电池在首周放电时，在钛酸锂负极表面形成一层固体电解质中间相(SEI膜)，避免了电解液在电极材料表面还原分解产生气体，由此使得所述钛酸锂基锂离子二次电池在贮存、
工作的工程中，不产生传统的锂离子二次电池，特别是含有钛酸锂的锂离子二次电池的胀气现象。即使在高温55℃下工作也不会产生气体，使得该类锂离子电池的使用性能和寿命大大提高。应用其制造的锂离子二次电池，可以作为电动汽车的动力电池或者大规模储能系统等，具有优异的安全性能、倍率性能和循环性能。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例2的A电池的首周循环伏安曲线；图2为本专利技术实施例2的A电池的首周充放电曲线；图3为本专利技术实施例2的A电池的Li4Ti5O12电极材料在循环之后的透射电子显微镜图；图4为本专利技术实施例3的B电池的首周循环伏安曲线；图5为本专利技术实施例3的B电池的首周充放电曲线；图6为本专利技术实施例3的B电池的Li4Ti5O12电极材料在循环之后的透射电子显微镜图；图7为本专利技术对比例1的C电池的首周循环伏安曲线；图8为本专利技术对比例1的C中LTO电池的首周充放电曲线；图9为本专利技术对比例1的C电池的Li4Ti5O12电极材料在循环之后的透射电子显微镜图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但并不意于限制本专利技术的保护范围。实施例1本实施例用于说明本专利技术提供的非水电解液的配制方法。室温下，在手套箱中，将碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)溶剂以体积比1:1混合后，向混合液中加入六氟磷酸锂(LiPF6)配成溶液，并在该溶液中加入0.001wt％～30wt％的功能添加剂，搅拌均匀即为本专利技术的电解液。其中，功能添加剂具体为正全氟丁基黄酰亚胺锂(LiFNFSI)和/或功能添加剂双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；LiFNFSI的分子式为Li[N(SO2F)(SO2(CF2)3CF3)]；LiFSI的分子式为Li[F2NO4S2]；在一个优选的例子中，功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.1wt％～10wt％。功能添加剂LiFNFSI和/或功能添加剂LiFSI，可以在高电位下发生分解反应，能够使得电池在首周放电时，在钛酸锂负极表面形成一层稳定致密的固体电解质中间相(SEI膜)，避免了电解液在电极材料表面还原分解产生气体，由此使得所述钛酸锂基锂离子二次电池在贮存、工作的工程中，不产生传统的锂离子二次电池，特别是含有钛酸锂的锂离子二次电池的胀气现象。在一些具体的例子中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于钛酸锂(Li4Ti5O12)负极的锂离子二次电池的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液包括：功能添加剂正全氟丁基黄酰亚胺锂(LiFNFSI)和/或功能添加剂双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；所述LiFNFSI的分子式为Li[N(SO2F)(SO2(CF2)3CF3)]；所述LiFSI的分子式为Li[F2NO4S2]；所述LiFNFSI和/或LiFSI，用于在所述钛酸锂负极表面形成稳定致密的固体电解质界面SEI膜。
【技术特征摘要】
1.一种基于钛酸锂(Li4Ti5O12)负极的锂离子二次电池的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液包括：功能添加剂正全氟丁基黄酰亚胺锂(LiFNFSI)和/或功能添加剂双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；所述LiFNFSI的分子式为Li[N(SO2F)(SO2(CF2)3CF3)]；所述LiFSI的分子式为Li[F2NO4S2]；所述LiFNFSI和/或LiFSI，用于在所述钛酸锂负极表面形成稳定致密的固体电解质界面SEI膜。2.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.001wt％～30wt％。3.根据权利要求2所述的非水电解液，其特征在于，所述功能添加剂在所述非水电解液中的含量为0.1wt％～10wt％。4.根据权利要求1所述的非水电解液，其特征在于，所述非水电解液还包括：除所述功能添加剂之外的其它SEI成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂或稳定剂中的一种或...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐淑银，刘燕燕，杨凯，胡勇胜，周志斌，来小康，陈立泉，黄学杰，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国科学院物理研究所，中国电力科学研究院，国网山东省电力公司电力科学研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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