适用于锂电池的活性物质，其包含具有表面的钛酸锂和位于所述表面上的材料。该材料在相对于锂为０Ｖ－４Ｖ的电势范围内与电解质不反应。还提供了包括钛酸锂的多种锂电池。该钛酸锂典型具有通式：Ｌｉ↓［４］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１２－ｘ］，其中ｘ大于０。此外，提供了电池模块。该电池模块包含多个锂电池，每个所述锂电池具有软的外包装，且在环境中的水含量受控的环境中组装所述锂电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及锂电池和锂蓄电池，并更具体涉及锂离子电池和锂离子蓄电池。
技术介绍
机动车辆例如混合动力车辆使用多种推进系统以提供驱动力。最常见的混合动力车辆是汽油-电动混合动力车辆，其同时包括内燃机(ICE)和电动机。汽油-电动混合动力车辆使用汽油驱动ICE，并使用蓄电池驱动电动机。汽油-电动混合动力车辆通过捕集动能而对其蓄电池再充电。可以通过再生制动提供动能，或者在行驶(cruising)或空转(idling)时从ICE的输出提供动能。这与纯电动车辆形成对比，纯电动车辆使用由外部来源例如电网或增程拖车充电的蓄电池。蓄电池包括可再充电的锂基电池，所述锂基电池典型包含两个不同的电极，即阳极和阴极，这些电极浸没于离子传导电解质中，而隔膜(separator)位于两个电极之间。通过发生在两个不同电极之间的电化学反应在电池中产生电能。当在加速期间特别是电动机启动期间必须提供电流以操作电动机时，出现对蓄电池的最大要求。电动机的安培值要求可能超过几百安。能够供应必要安培值的大多数类型的蓄电池具有大体积或需要大容量包装，这导致蓄电池的过大重量并增加蓄电池的成本。同时，这样高的电流仅对于短的时间段(通常以秒计)是需要的。因此，提供高电流持续短时间段的所谓"高倍率"蓄电池通常对于混合动力和纯电动车辆应用是理想的。包括可再充电锂基电池的可再充电蓄电池，兼具有高电能6产生容量以及使混合动力车辆满足性能标准所需的功率和循环寿命的 潜力，同时保持廉价，所述可再充电锂基电池可以是锂电池，锂离子 电池或锂聚合物电池。"高电能产生容量，，意指可再充电蓄电池具有 的能量密度为铅酸蓄电池的四倍，为镍-镉和镍-金属氢化物蓄电池的2-3倍。包括锂基电池的可再充电蓄电池还具有成为最低成本蓄电 池系统之一的潜力。将由式Li Ji5012 (或Li4/3Ti5/304)表示的钛酸锂视为用于可 再充电锂离子电池和锂聚合物电池的阳极的最有希望的材料之一。从 A. Deschanvers等人(Mater. Res. Bull. v. 6， 1971, p. 699 )中获知钛酸 锂，Li4Ti5012。如同稍后由K. M. Colbow等人公开(J. of Power Sources, v. 26.N. 3/4， May 16， 1989， pp. 397-402 )的那样，LiJiA2能够用于 可逆电化学反应，而单质锂不能用于这样的可逆反应。在由T.0zhuku 等人(J. of Electrochemical Society v. 142， N. 5， 1995， pp. 1431-1435 )进行的详细研究之后，钛酸锂开始被考虑用作摇椅式锂电 池的阳极材料。事实上，Koshiba等人的美国专利No. 5， 545, 468公 开了使用在钛酸锂中具有变化的锂对钛比例的钛酸锂。更具体地，在 锂电池的阴极中，'468专利的钛酸锂具有式LixTiy0"其中0. 8 < x 《1.4且1.6《y《2.2。'468专利规定在原则上x + y-3。换言之，'468专利教导钛酸锂可以包括锂对钛的不同比例，只要锂和钛的总 量等于约3，使得相对于氧存在化学计量比量的锂和钛。Thackeray等 的美国专利公开No. 2002/0197532还公开了在锂电池中用作阳极的钛 酸锂。钛酸锂可以是化学计量比的或缺陷的尖晶石，其中锂的分布在 化合物到化合物之间可以不等。除了用于可逆电化学反应的能力，u;n50u还具有其它优势使其用于可再充电锂基电池。例如，由于在充电和放电过程中钛酸 锂的独特的低体积改变，因此钛酸锂具有优异的循环能力，即可发生 很多次充电和放电循环而无电池劣化。钛酸锂的优异循环能力主要归 因于Liji5012的立方尖晶石结构。根据S. Scharner等人(J. of Electrochemical Society, v. 146， N. 3， 1999， pp. 857-861 )的数据，7在充电和》文电期间，对于极端状态，立方尖晶石结构(立方，Sp. gr. Fd-3m(227))的点阵参数为8.3595 - 8. 3538 A不等。该线性 参数变化等于约0. 2%的体积变化。LiJisOu具有的相对于单质锂的电 化学电势为约1.55V,且可以嵌入锂以产生由式Li/HA2表示的嵌插 钛酸锂，其具有高达且包含175mA*hrs/g的理论电能产生容量。LiJi5O12的另一优势是其具有平的放电曲线。更具体地， LLTiA2的充电和放电过程发生于两相系统中。LiJisOu具有尖晶石结 构，且在充电期间转变成U/TiA2，其具有有序的岩盐型结构。结果， 在充电和放电过程中，电势由1^4145012/"7145012对的电化学平衡决定， 且不依赖于锂浓度。这与用于锂电源的大多数其它电极材料的放电曲 线形成对比，这些材料在充电和放电期间保持其结构。例如，尽管大 多数阴极材料例如LiCo02中的充电相的转变是预定的，但在这些结构 之间仍存在可变组成LLCo02的扩展极限。结果，例如LiCo02的材料 的电势取决于LiCo02中的锂浓度，即充电和放电状态。因此，该材料 (其中电势依赖于材料中的锂浓度)中的放电曲线典型是倾斜的，且 常常为台阶状曲线。在本领域中存在普遍共识优异电能产生容量的保持性与 优异的电子导电率相关。Li,Ti50u包括处于+ 4最高氧化程度的钛，其 与极低的电子导电率相关。相似化合物的电子导电率如此之低使得很 多这样的化合物是边界(borderline )介电体或绝缘体。这样，Li4Ti5012 的电能产生容量比理想值低。对于上述的'468专利和'532公开中的 钛酸锂也是如此。典型地，通过掺杂3d元素改善了 LiJiA2的电子导电率， 如M. Nakayama等人(Solid State Ionics, v. 117, I. 3-4， 2 February 1999， pp. 265-271 )所公开的那样。例如，被视为Li Ji5012和LiCrTiO, 之间的固溶体的Li04的电子导电率优于Liji5012 的电子导电率。然而，在LiJiA2中替代钛离子的Cr离子量的增加还 相比于Liji50,2降低了可逆电能产生容量，这是因为电化学惰性可归 因于Cr离子的存在。Cr离子的存在降低了面积比阻抗(ASI)并增加了倍率能力，相对于Lijis0u的ASI和倍率能力而言。容量的损失基 本等于被取代的钛的份额。在钛酸锂中取代钛的其它尝试显示出相似的缺点。例如， 用钒、锰和铁替代Liji50u中的钛导致在首次充电-放电循环期间可 逆电能产生容量的显著损失。参见P.Kubiak, A. Garsia, M.Womes， L. Aldon， J.01ivier-Fourcade， P.-E.Lippens， J.-C. Jumas "Phase transition in the spinel Li4Ti5012 induced by lithium insertion。 Influence of the substitution Ti/V，Ti/Mn，Ti/Fe" (J. of Power Sources, v. 119-121， J本文档来自技高网...
【技术保护点】
适用于锂电池的活性物质，所述活性物质包含： 具有表面的钛酸锂；和 位于所述钛酸锂的所述表面上的材料，当所述活性物质存在于电解质中时在相对于锂为０Ｖ－４Ｖ的电势范围内所述材料与电解质不反应。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤本博幸，T谭，DS巴克，
申请(专利权)人：埃纳戴尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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