一种低电压锂离子电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种低电压锂离子电池，其正极集流体到负极集流体之间包括依次设置的正极材料层、电解质层和负极材料层，所述正极材料层中的活性材料为TiNb

【技术实现步骤摘要】
一种低电压锂离子电池
(一)
：
[0001]本技术涉及电池
，尤其是一种低电压锂离子电池。
(二)
技术介绍
：
[0002]目前商业化的锂离子电池主要以磷酸铁锂电池、三元锂离子电池、锰酸锂电池和钴酸锂电池为主，该类电池的电压平台范围在3.0V～4.0V之间，主要应用在电动汽车、储能基站和3C电子产品里。在不依靠电子降压器件辅助的情况下，电压平台在1.8V以下的低电压锂离子电池体系存在着较大的市场空白。
[0003]随着中低端小家电市场的越来越繁荣，高能量密度、低电压、长循环寿命、可充电型锂离子电池需求明显提高，现在中低端小家电依然在使用干电池作为电源，干电池包括碳锌电池，碱性电池和可充性镍氢电池，适用于电动牙刷、手电筒、遥控器等电器。干电池本身的电化学性质决定了其电压范围在1.5V左右，这个电压又决定了电器制造商的电路设计，因此低电压锂离子电池在该领域具有较大市场空间。
[0004]TiNb
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(TNO)和钛酸锂(LTO)电池材料由于电压平台低，在锂离子电池中一般作为负极材料来使用，将其作为正极材料的电池几乎没有。该类材料经过包碳后，具有倍率性能好和循环寿命长的特点，但是该材料属于欠锂材料，如果作为正极材料来使用，需要同等容量的锂离子来补充才能将该类材料被活化，因此将其作为正极材料具有极大的创新性和挑战性。同时该类电池不仅在中低端小电器中具有较大应用，在储能领域也具有广阔的前景。
(三)
技术实现思路
：
[0005]本技术所要解决的技术问题在于提供一种低电压锂离子电池。
[0006]本技术的技术方案：
[0007]一种低电压锂离子电池，其正极集流体到负极集流体之间包括依次设置的正极材料层、电解质层和负极材料层，所述正极材料层中的活性材料为TiNb
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(TNO)材料或钛酸锂(LTO)材料，所述电解质层为固态电解质层或由隔膜和液体电解质层组成液膜层，所述负极材料层中的活性材料为石墨材料、硅碳材料、硬碳材料、软碳材料或锂金属材料。
[0008]优选的，上述低电压锂离子电池，所述正极材料层的内部或负极材料层的内部设有补锂材料。
[0009]优选的，上述低电压锂离子电池，在所述正极材料层和/或负极材料层外侧设有补锂材料层。
[0010]优选的，上述低电压锂离子电池，所述补锂材料为钝化锂粉、氮化锂、氧化锂、Li2NiO2或Li5FeO4。
[0011]优选的，上述低电压锂离子电池，所述液体电解质层的材料为碳酸酯基电解液。
[0012]优选的，上述低电压锂离子电池，所述固态电解质层的材料为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、凝胶固态电解质、聚合物固态电解质。
[0013]优选的，上述低电压锂离子电池，所述氧化物固态电解质为Li7La3Zr2O
12
(LLZO)、锂
磷氧氮(LiPON)、Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3(LATP)或Li
0.34
La
0.567
TiO3(LLTO)；所述硫化物固态电解质为Li7P3S
11
(LPS)、Li
10
GeP2S
12
(LGPS)、Li
10
SiP2S
12
(LSPS)或Li6PS5Cl；所述凝胶固态电解质为PVDF
‑
HFP基、PVA
‑
CN基或TEGDMEG4基；所述聚合物固态电解质为PEO基、PVDF基、PMMA基或PAN基。
[0014]优选的，上述低电压锂离子电池，所述正极材料层的厚度为20～800μm。
[0015]优选的，上述低电压锂离子电池，所述电解质层的厚度为5～50μm。
[0016]优选的，上述低电压锂离子电池，所述负极材料层的厚度为2～800μm。
[0017]优选的，上述低电压锂离子电池，所述补锂材料层的厚度为5～150μm。
[0018]本技术的优越性：
[0019]上述低电压锂离子电池，其正极集流体到负极集流体之间包括依次设置的正极材料层、电解质层和负极材料层，其中，TiNb
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(TNO)材料或钛酸锂(LTO)材料的中值电压范围为1.5V～1.8V(vs.Li/Li
+
)，该类材料晶体结构稳定，一直被用于锂离子电池的负极材料，在本技术中将其作为提供低电压长寿命的正极材料使用，不仅具有创新性和挑战性，同时使锂离子电池具有更好的循环寿命。
[0020]补锂材料的设计，无论在正极材料层或负极材料层中使用粉状补锂材料，还是在正极材料层和/或负极材料层外侧设置补锂材料层，在提高材料相互之间的分散均匀性、保证正极材料层或负极材料层的表面平整性的同时，能够有效活化正极材料层中的活性材料，提高低电压锂离子电池的能量密度，以固态电解质作为电解质层可以有效抑制锂枝晶的生长，进一步提高低电压锂离子电池的安全性且有效延长电池寿命。
(四)附图说明：
[0021]图1为本技术所述低电压锂离子电池的结构示意图；
[0022]图2为本技术所述低电压锂离子电池的另一结构示意图；
[0023]图3为本技术所述低电压锂离子电池的另一结构示意图；
[0024]图4为本技术所述低电压锂离子电池的另一结构示意图；
[0025]图5为本技术所述低电压锂离子电池的另一结构示意图。
[0026]图中：1
‑
正极材料层2
‑
电解质层3
‑
负极材料层
[0027]4‑
补锂材料/补锂材料层5
‑
隔膜6
‑
锂金属材料层
[0028]7‑
液体电解质层8
‑
固态电解质层
(五)具体实施方式：
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，一种低电压锂离子电池，其正极集流体到负极集流体之间包括依次设置的正极材料层1、电解质层2和负极材料层3，所述正极材料层1中的活性材料为TiNb
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(TNO)，正极材料层1中分散设置补锂材料4，所述补锂材料4为Li5FeO4，正极材料层1的厚度为800μm，所述电解质层2由隔膜5和液体电解质层7组成液膜层，所述液体电解质层7的材料为碳酸酯基电解液，电解质层2的厚度为50μm，所述负极材料层3中的活性材料为石墨材料，负极材料层3的厚度为800μm。获得的低电压锂离子电池，其中值电压范围为1.5～1.7V时，电化学性能稳定,1C/1C充放电循环次数大于6000次，容量保持率为80％。
[0031]实施例2
[0032]如图1所示，一种低电压锂离子电池，其正极集流体到负极集流体之间包括依次设置的正极材料层1、电解质层2和负极材料层3，所述正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低电压锂离子电池，其特征在于：其正极集流体到负极集流体之间包括依次设置的正极材料层、电解质层和负极材料层，所述正极材料层中的活性材料为TiNb
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材料或钛酸锂材料，所述电解质层为固态电解质层或由隔膜和液体电解质层组成液膜层，所述负极材料层中的活性材料为石墨材料、硅碳材料、硬碳材料、软碳材料或锂金属材料。2.根据权利要求1所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述正极材料层的内部或负极材料层的内部设有补锂材料。3.根据权利要求1所述的低电压锂离子电池，其特征在于：在所述正极材料层和/或负极材料层外侧设有补锂材料层。4.根据权利要求2所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述补锂材料为钝化锂粉、氮化锂、氧化锂、Li2NiO2或Li5FeO4。5.根据权利要求1所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述液体电解质层的材料为碳酸酯基电解液。6.根据权利要求1所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述固态电解质层的材料为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、凝胶固态电解质或聚合物固态电解质。7.根据权利要求6所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述氧化物固态电解质为Li7La3Zr2O
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【专利技术属性】
技术研发人员：尚雷，张汉军，
申请(专利权)人：湖南亿普腾科技有限公司，
类型：新型
国别省市：