一种启停电池制造技术

本发明专利技术公开了一种启停电池，包括电池极板和隔板，所述电池极板包括电池正极和负极，其特征在于，所述负极材料由钛酸锂晶体包覆在基料石墨的表面形成，所述钛酸锂采用镁或铝掺杂，锂离子在钛酸锂晶体中的扩散系数比石墨中的扩散系数大一个数量级，加大钛酸锂与电解液固液表面的离子扩散，加快充放电反应速度，提高电池的功率性能和低温充放电性能。解决了启停锂离子电池在低温下负极中的扩散瓶颈，大大提高了充放电过程中锂离子的反应速度，在整个电池中，锂离子的传输速度越快，电流密度就越大，因此可以显著提高启停电池的功率性能和低温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种启停电池
本专利技术属于新能源汽车电池领域，具体地说，涉及一种启停电池。
技术介绍
锂离子电池因具有容量高，循环寿命长等优点，已大量在电子产品中得到了广泛应用，例如智能手机、平板电脑、数码相机、电动玩具、电子导航仪等。近年来，锂离子电池在新能源汽车、通信基站、军事、航空航天等领域也得到了较为广泛的应用。在2013年6月，欧盟批准了2020年二氧化碳排放标准，该标准要求到2020年新车平均二氧化碳排放水平控制在95克/公里。这一目标已升级为强制性标准，如果不能满足CO2排放量限制的要求，将面临每车每超每克最高95欧元的罚款。基于车载功率需求的进一步提高，以及节能减排的形势更加严峻的实际情况。自2011年起，德国的几个整车厂商包括奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众联手推出48V系统概念，并制定了LV148标准。启停锂离子电池在新能源汽车普及之前，市场或将爆发，因此各大车企和电池厂都在加紧研发和布局48V启停电池，成为新能源汽车行业的热点。目前江森自控、博世、日立、SAFT、A123等均推出了针对48V轻混的专用电池，国内万向(LFP)、比亚迪(LFP)、CATL(NCM)和风帆(LTO)等公司也有相关产品。根据USABC48V系统的要求，启停电池系统质量＜8kg，体积＜8L，峰值功率＞11kW，-30℃功率＞1.1kW，冷启动工作电压＞26V。这对于电池的功率性能、低温性能都提出了相当高的要求，同时还要兼顾高温性能、循环和安全性能，是目前电池研发过程中的难点。锂离子在固态中扩散速率远低于液相电解质中扩散速率，固态中扩散为控速过程，电池的低温和功率性能主要取决于电解液中的锂离子在负极表面的反应活性，启停电池作为一种微混电源，其低温下大倍率放电性能要求高，普通石墨难以实现其在低温下高标准的使用要求。有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高倍率放电性能、冷启动性能和循环性能的启停电池。为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种启停电池，包括电池极板和隔板，所述电池极板包括电池正极和负极，其特征在于，所述负极材料由钛酸锂晶体包覆在基料石墨的表面形成，所述钛酸锂采用镁或铝掺杂。进一步地，所述钛酸锂晶体制备步骤为：配置钛盐、加入草酸根配合物得到钛酸锂前驱体，加入锂盐、镁盐、铝盐，搅拌冷冻结晶后球磨至粒度为0.1-1μm的无定型钛酸锂，然后在900-1000℃下烧结，得到钛酸锂晶体，所述钛与锂、镁、铝的摩尔比为4-5:3.3-3.7:0.5-1:0.5-1。进一步地，所述基料石墨为人造石墨，粒径大小为5-8um。进一步地，所述钛酸锂晶体的粒径大小为1-5um，包覆层的厚度为5-20nm。采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。锂离子在钛酸锂晶体中的扩散系数为2*10-8cm2/S，锂离子在人造石墨中的扩散系数为10-9cm2/S。颗粒表层的钛酸锂为晶体结构，与电解液形成固液界面，锂离子在电解液中可以快速地从钛酸锂材料中嵌入或脱出，再在固固界面中扩散，钛酸锂掺杂镁或铝，增强锂离子的扩散速度。由于启停型锂离子电池对在低温下有大倍率放电要求，锂离子在钛酸锂晶体中的扩散系数比石墨中的扩散系数大一个数量级，加大钛酸锂与电解液固液表面的离子扩散，加快充放电反应速度，提高电池的功率性能和低温充放电性能。解决了启停锂离子电池在低温下负极中的扩散瓶颈，大大提高了充放电过程中锂离子的反应速度，在整个电池中，锂离子的传输速度越快，电流密度就越大，因此可以显著提高启停电池的功率性能和低温性能。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。附图说明附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：图1为本专利技术负极材料结构示意图；图2为本专利技术启停电池充电时锂离子在负极材料中扩散示意图。图中：1-人造石墨；2-钛酸锂包覆层；3-石墨层状结构；4-石墨层状结构中的锂离子；5-电解液中的锂离子。需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本专利技术的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本专利技术的概念。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，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例一如图1、图2所示，本实施例所述一种启停电池，该电池的负极材料包括基料石墨、钛酸锂包覆层2，其中基料石墨为层状结构的人造石墨1，粒径大小为5-8um，钛酸锂包覆层2由钛酸锂均匀包覆在基料石墨的表面形成，所述钛酸锂采用镁或铝掺杂，钛酸锂包覆层2为钛酸锂晶体，钛酸锂晶体的粒径大小为1-5um，包覆层2的厚度为5-20nm。钛酸锂晶体的制备过程为：将钛盐配制成含钛0.1-3mol/L的溶液，按草酸根与钛的摩尔比1.5∶1～4∶1往溶液中加入含草酸根的配合物，在30～90℃和搅拌条件下反应，然后在0.1～5℃冷冻结晶，静置，将析出的晶体过滤、用去离子水洗涤，然后在30～80℃烘干得钛酸锂前驱体草酸氧钛酸；加入锂盐、镁盐、铝盐，与上述钛酸锂前驱体混合，所述钛与锂、镁、铝的摩尔比为4-5:3.3-3.7:0.5-1:0.5-1，球磨得粒度为0.1～1μm的无定形钛酸锂，然后将无定形钛酸锂在900-1000℃下烧结，于空气气氛中煅烧，即得掺杂钛酸锂晶体。人造石墨1与钛酸锂包覆层界面是紧密接触的固固界面，电池充电时，电解液中的锂离子5快速通过钛酸锂包覆层2进入到石墨层状结构3中，然后石墨层状结构中的锂离子4再通过浓度差向内部扩散到电解液中，完成电池的充电过程。锂离子在钛酸锂晶体中的扩散系数为2*10-8cm2/S，锂离子在人造石墨中的扩散系数为10-9cm2/S。颗粒表层的钛酸锂为晶体结构，与电解液形成固液界面，锂离子在电解液中可以快速地从钛酸锂材料中嵌入或脱出，再在固固界面中扩散，钛酸锂掺杂镁或铝，增强锂离子的扩散速度。由于启停型锂离子电池对在低温下有大倍率放电要求，锂离子在钛酸锂晶体中的扩散系数比石墨中的扩散系数大一个数量级，加大钛酸锂与电解液固液表面的离子扩散，加快充放电反应速度，提高电池的功率性能和低温充放电性能。解决了启停锂离子电池在低温下负极中的扩散瓶颈，大大提高了充放电过程中锂离子的反应速度，在整个电池中，锂离子的传输越快，电流密度就越大，因此可以显著提高启停电池的功率性能和低温性能。以上所述仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，虽然本专利技术已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本专利技术，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本专利技术技术方案范围内，当可利用上述提示的
技术实现思路
作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本专利技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种启停电池，包括电池极板和隔板，所述电池极板包括电池正极和负极，其特征在于，所述负极材料由钛酸锂晶体包覆在基料石墨的表面形成，所述钛酸锂采用镁或铝掺杂。

【技术特征摘要】
1.一种启停电池，包括电池极板和隔板，所述电池极板包括电池正极和负极，其特征在于，所述负极材料由钛酸锂晶体包覆在基料石墨的表面形成，所述钛酸锂采用镁或铝掺杂。2.根据权利要求1所述的启停电池，其特征在于，所述钛酸锂晶体制备过程为：配置钛盐、加入草酸根配合物得到钛酸锂前驱体，加入锂盐、镁盐、铝盐，搅拌冷冻结晶后球磨至粒度为0.1-1μm的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢伟伟，李小兵，陈小平，胡泽林，文一波，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43