專利名稱：鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及鋰離子電池，更具體地，涉及能夠進(jìn)行快速再 充電、壽命長(zhǎng)而且能夠安全工作的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
改進(jìn)的鋰離子電池是多年來研究的課題。近期關(guān)于這類研究的報(bào)
告包括專利號(hào)為7115339的美國(guó)專利;專利號(hào)為7101642的美國(guó)專利; 專利號(hào)為7087349的美國(guó)專利;專利號(hào)為7060390的美國(guó)專利和專利號(hào) 為7026074的美國(guó)專利。
專利號(hào)為7115339的美國(guó)專利討論了一種鋰離子二次電池，該電 池包括正電極、負(fù)電極、介于正負(fù)電極之間的隔膜以及利用溶解鋰鹽 于非水溶劑的方法制備的電解質(zhì)。該隔膜具有一個(gè)包含基本固態(tài)粒子 的多孔薄膜層和一種復(fù)合黏合劑。該多孔薄膜層粘貼于正負(fù)電極中至 少一個(gè)電極的至少一個(gè)表面上。該復(fù)合黏合劑包括一種主要黏合劑和 一種次要黏合劑，其中主要黏合劑由聚醚砜組成，次要黏合劑由聚乙 烯吡咯烷酮組成。
專利號(hào)為7101642的美國(guó)專利報(bào)道了一種鋰離子電池，該電池配 置成能夠在以極低電壓放電的同時(shí)不會(huì)對(duì)電池造成永久性損害。該專 利涉及的電池具有 一 種包含LiNixCo^.yMy02的活性材料，其中M是 Mn, Al， Mg, B, Ti或Li，該專利涉及的電池還具有另外一種包含碳元 素的活性材料。該電池的電解質(zhì)與電池的負(fù)電極發(fā)生反應(yīng)形成一個(gè)固 態(tài)電解質(zhì)界面層。
專利號(hào)為7087349的美國(guó)專利涉及一種包含一種有機(jī)電解質(zhì)溶液 的鋰電池。該電解質(zhì)溶液包含一種含有能夠被吸附到鋰金屬上的環(huán)氧 乙烷基的聚合體吸附劑。該電解質(zhì)溶液還包含一種能夠與鋰進(jìn)行反應(yīng)而生成一種鋰合金、 一種鋰鹽和一種有機(jī)溶劑的材料。根據(jù)該發(fā)明， 該有機(jī)電解質(zhì)溶液使鋰金屬變得穩(wěn)定而且增強(qiáng)了鋰離子的導(dǎo)電性。
專利號(hào)為7060390的美國(guó)專利討論了一種鋰離子電池，該電池包 含一個(gè)摻雜鋰的過渡金屬合金氧化物的許多納米顆粒的陰極。該合金 氧化物以分子式LixCoyNiz02來表示，該電池的陽極包含至少一個(gè)碳 納米管序列， 一種電解質(zhì)和一層分隔陰陽極的薄膜。陽極中的碳納米 管序列中有許多多壁碳納米管。
專利號(hào)為7026074的美國(guó)專利報(bào)道的鋰電池具有優(yōu)化的安全性 能。該電池在電池電解質(zhì)溶液中使用一種或多種添加劑，所述電解質(zhì) 溶液是鋰鹽溶于有機(jī)溶劑制備的。作為所述添加劑的一個(gè)例子是兩個(gè) 重量百分?jǐn)?shù)的磷酸三苯酯(triphenyl phosphate), —個(gè)重量百分?jǐn)?shù)磷 酸二苯丁脂(diphenyl monobutyl phosphate)的和兩個(gè)重量百分?jǐn)?shù)碳酸 乙烯亞乙酯(vinyl ethylene carbonate)的混合添加劑。鋰鹽優(yōu)選LiPF6， 電解質(zhì)溶液優(yōu)選EC/DEC。
盡管在鋰電池方面已有上述研究，仍然需要能夠在再充電能力、 壽命以及安全性等方面顯示出增強(qiáng)性能的鋰離子電池。本發(fā)明的目的 是提供一種具備上述增強(qiáng)性能的鋰電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常涉及鋰離子電池。更具體地，涉及能夠進(jìn)行快速再充 電、有更長(zhǎng)的壽命以及更好安全性能的鋰離子電池。
在電池方面，本發(fā)明所提供的電池包括以下元件陽極，由具有 至少10m々g的BET表面積的納米晶體Li4Ti5Ch2構(gòu)成；陰極，由具有至 少5m2/g的BET表面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石構(gòu)成。電池的充電速 率至少為10C。


圖1顯示了 1^4115012堅(jiān)晶石納米晶體顆粒。
圖2顯示了由納米結(jié)構(gòu)!^4115012陽極材料構(gòu)成的鋰離子電池的放電容量-循環(huán)次數(shù)關(guān)系圖。
圖3顯示了由納米結(jié)構(gòu)1^4115012陽極材料構(gòu)成的鋰離子電池和傳 統(tǒng)鋰離子電池的放電容量-放電速率關(guān)系圖以及放電容量-充電速 率關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中的電池包含納米材料，特別在電池電極的環(huán)境中。所述 電池提供了實(shí)用的充電速率，使得某些諸如快速再充電電池(如，幾 分鐘)、用于電氣交通工具中的電池、用于電動(dòng)車輛中或者混合電動(dòng) 車輛中的電池、用于發(fā)電工具的電池等巿場(chǎng)零部件產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)。運(yùn) 用在本發(fā)明中的納米材料顯示出能夠提供更好安全性和更長(zhǎng)壽命的 特異化學(xué)性能，這使得本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有更大價(jià)值。
電極晶體尺寸的減小縮短了在電化學(xué)充電和放電過程中鋰離子
在晶體顆粒之間必須移動(dòng)的擴(kuò)散距離。然而，根據(jù)方程A-27i/pR,晶 體尺寸的減小，也增加了能夠使鋰離子嵌入到晶體中的晶體/電極的 界面面積，方程中A為界面的具體面積，p為密度，R為晶體的半徑。
這些因素的結(jié)合很大程度地提高了活性材料顆粒內(nèi)部的鋰離子 的質(zhì)量傳輸性能，也極大地增強(qiáng)了電極的充電/放電能力。
而且，由于晶體尺寸的減小，電極/電解質(zhì)界面面積的增加降低
了電極界面的阻抗。也由于材料中顆粒尺寸的減小，晶體中鋰離子傳
輸?shù)脑黾訙p弱了電極阻抗的擴(kuò)散控制部分。結(jié)果是，晶體尺寸從幾微
米減小到幾十納米時(shí)顯著提高了電池的容量。
倍率能力和容量性能的增加使得材料適用于高功率和高倍率電
池應(yīng)用。本發(fā)明涉及的電池具有包括納米晶體Li4Ti50u化合物的陽 極。所述化合物利用控制晶體尺寸、顆粒尺寸、顆粒形狀、顆?？紫?以及晶體互聯(lián)度的方法合成。1^4115012堅(jiān)晶石納米晶體球形顆粒的例 子如圖1所示。
該1^4115012陽極材料包括具有細(xì)小孔隙和晶體互聯(lián)的納米晶體聚合體。這導(dǎo)致了鋰離子出入粒子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，也優(yōu)化了晶體之間的 電子傳輸。利用所述納米晶體材料作為負(fù)電極的鋰離子電池的放電容
量的一個(gè)例子如圖2所示。電池的循環(huán)特性如圖3所示。
納米晶體Li4Ti5012材料具有至少10m2/g的 (Brunauer-Emmet-Teller) BET表面面積。優(yōu)選地，所述材料具有從 10mVg到200mVg范圍的BET表面面積。更優(yōu)選地，所述材料具有從 20 mVg到160 mVg范圍或者從30 mVg到140 mVg的范圍的BET表面面 積。在某些情況下，所述材料具有從70mVg到110mVg范圍的BET表 面面積。
該發(fā)明的相關(guān)研究工作顯示，在含有LiCo02和LiNiXCo^02的商 用鋰電池中測(cè)得的阻抗由正電極的界面電阻控制。相應(yīng)地，改變陽極 的碳為L(zhǎng)i4Ti5012堅(jiān)晶石，同時(shí)考慮到隨之產(chǎn)生的壓降(voltage penalty ),當(dāng)這些常用材料運(yùn)用到相應(yīng)陰極的時(shí)候?qū)?dǎo)致功率容量的 下降。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)由于低的界面阻抗和磁性堅(jiān)晶石材料的三維結(jié)構(gòu)， 用LiMn204堅(jiān)晶石作為陰極同時(shí)用1^4115012作為陽極能夠使電池呈現(xiàn) 優(yōu)良性能。納米結(jié)構(gòu)LiMri204的使用可額外提高電池的性能。關(guān)于納 米晶體LiMri204的詳細(xì)測(cè)試結(jié)果如圖3所示。
該納米晶體LiMn204材料通常具有至少5m2/g的BET表面面積。優(yōu) 選地，所述材料具有至少7.5mVg的BET表面面積。更優(yōu)選地，所述材 料具有至少10mVg或15m"g的BET表面面積。在某些情形下，所述材 料具有至少20 mVg或者25 m"g的BET表面面積。
應(yīng)用在本發(fā)明的電池中的電解質(zhì)溶液優(yōu)選地包括一種電解質(zhì)，比 如鋰鹽，和非水溶劑。所述鋰鹽的非限制性例子包括含氟無機(jī)鋰鹽 (比如，LiPF6或LiBF4),含氯無機(jī)鋰鹽(比如，LiC104),含氟有機(jī) 鋰鹽(比如，LiN(CF3S02)2, LiN(C2F5S02)2， LiCF3S03, LiC(CF3S02)3, LiPF4(CF3)2， IiPF4(C2F5)2, UPF4(CF4S02)2, IiPF4(C2F5S02)2, LiBF2(CF3)2, LiBF2(C2F5)2， LiBF2(CF3S02)2和LiBF2(C2FsS02)2 )。非水溶劑主要構(gòu)成的非限制性例子包括環(huán)式碳酸脂(比如，碳酸乙烯脂或 碳酸丙烯酯)，直鏈碳酸脂(比如，碳酸二甲酯，碳酸甲乙脂)，環(huán)式
羧酸脂(比如，Y丁內(nèi)脂或Y戊內(nèi)酯)或者以上幾種的混合。
非水電解質(zhì)溶劑可以選擇性地包含其他組分。所述選擇組分包括 但是不限于以下幾種傳統(tǒng)的已知輔助劑，比如，過充電防治劑，脫
水劑，脫酸劑。過充電防治劑的例子包括但不限于芳香族化合物， 如聯(lián)苯(比如，烷基聯(lián)苯，三聯(lián)苯，三聯(lián)苯的部分氫化產(chǎn)物，環(huán)乙苯, t-丁基苯，t-戊基苯，二苯醚或二苯并呋喃)；芳香族化合物的部分氟 化產(chǎn)物(比如，2-氟聯(lián)苯(2-fluorobiphenyl ), o-環(huán)己氟苯 ( o-cyclohexylfluorobenzene ) ， p誦 環(huán) 己 氟 苯 ( p-cyclohexylfluorobenzene);含氟苯甲醚化合物(比如，2, 4-二氟苯 甲醚(2,4-difluoroanisole), 2, 5-二氟苯甲醚(2，5-difluoroanisole), 2, 6-二氟苯甲醚(2，6國(guó)difluoroanisole))。
用于高溫下存儲(chǔ)后提高電容維持特性和循環(huán)特性的輔助劑的例 子包括但不限于碳酸脂化合物(比如，碳酸亞乙烯酯(vinylethylene carbonate)，碳酸氟乙烯月旨(fluoroethylene carbonate)，三氟代甲基碳酸 乙烯酉旨(trifluoropropylene carbonate),碳酸苯乙烯月旨(phenylethylen carbonate) , ervthritan carbonate,螺-雙二亞甲基碳酸月旨 (spiro誦bis-dimethylene carbonate)); 酸酐(比如,琥祐酸酐(succinic anhydride), 戊二酸酐(glutaric anhydride)， 順丁烯二酸酐(malcic anhydride)， 梓康酸軒(citraconic anhydride), 戊錄二野(glutaconic anhydride)， 衣康酸酐(itaconic anhydride) , 二甘醇酐(diglycolic anhydride)， 環(huán)己二羧酸酐(cyclohexanedicarboxylic anhydride), 環(huán)丁 烷四甲酸二酐(cyclopentanetetracarboxylic dianhydride)，苯基琥祐酸酐 (phenylsuccinic anhydride)); —種含硫化合物(比如，亞硫酸乙烯酯 (ethylene sulfite), 1， 3-丙磺內(nèi)酯(l,3誦propanesultone)， 1， 4-丁基磺酸 內(nèi)酯(1,4-butanesultone)，甲基磺酸甲酯(methyl methanesulfonate),白消安環(huán)丁砜(busulfan)，環(huán)丁砜(sulfolane)，環(huán)丁烯砜(sulfolene ), 二 甲基砜(dimethylsulfone) ， 二苯砜(diphenylsulfone) ， 2-硝基-4-甲砜基 氯苯(methylphenylsulfone) ， dibutyldisulfide , 二環(huán)己基二硫化物 (dicyclohexyldisulfide), —硫化四甲基秋蘭姆(tetramethylthiuram monosulfide) ， N，N-dimethylmethanesulfoneamide , N,N -diethylmethanesulfoneamide ); —種含氮化合物(比如，1 -甲基2-吡咯 烷酮 (l-methyl-2-pyrrolidinone) , 1- 甲基2- 膝 酮 (l-methyl-2-piperidone) ， 3- 甲 基 2- 噁 哇 烷 酮 (3-methyl-2-oxazolidinone) ， 1, 3-二甲基2-咪哇啉酮 (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone) , N-甲基琥珀酰亞胺 (N-methylsuccinimide)); —種烴類化合物(比如，庚烷，辛烷，環(huán)庚 烷)； 一種含氟化合物(比如，氟苯，鄰二氟苯，六氟苯，三氟甲苯)。 所述化合物可以單獨(dú)使用，也可組合使用。
本發(fā)明的電池的電解質(zhì)溶液中不包括鉛、鎳、鎘、酸或腐蝕劑。 本發(fā)明電池中的隔膜可能是任意一種合適的形式。隔層的例子包 括但不限于聚烯烴基(polyolefin-based)隔膜；氟化聚烯烴基 (fluorinated polyolefin-based)隔膜；基于氟樹脂(fluorine resin)的隔膜 (比如聚乙烯(polyethylene)隔膜)；聚丙烯(polypropylene)隔膜；聚 偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)隔膜；偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物 (VDF-HFP copolymer)隔膜；聚乙烯/聚丙烯雙分子層隔膜；聚丙烯/ 聚乙烯/聚丙烯三分子層隔膜；聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三分子層隔膜。 傳統(tǒng)鋰電池有如下性能1/2C的充電速率(比如，2小時(shí))；4C 的放電速率(比如，15分鐘)；300- 500個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命(淺而非 滿放電深度"DOD")，可實(shí)用電池壽命2-3年。本發(fā)明的電池的典型 壽命特性如下10C (比如，6分鐘)，20C (比如，3分鐘)或者更高 的充電速率，IOC， 20C, 30C(比如，2分鐘)，40C(比如1.5分鐘) 或者更高的放電速率；1000， 2000, 3000或者更高(滿DOD )的循環(huán)壽命；5-9年或者10到15年的可實(shí)用壽命。
傳統(tǒng)鋰能電池在高于130攝氏度的時(shí)候顯示出潛在的爆炸性熱逸 潰問題。上述問題因?yàn)殡姌O表面高的熱阻抗而加劇。電池在實(shí)際充放 電速率下的安全性相應(yīng)地由于通過大電阻的電流引起的熱量受到限 制。在放電和反向放電時(shí)，需要昂貴而尖端的電子電路使電池處于充 電狀態(tài)，同時(shí)保持電壓平衡避免過充電的危險(xiǎn)狀態(tài)。
本發(fā)明的電池在250攝氏度以下消除熱逸潰。部分是因?yàn)楹屑{ 米結(jié)構(gòu)材料的電極結(jié)構(gòu)極低的內(nèi)部阻抗，使得在強(qiáng)電流下充放電時(shí)熱 量最小。此外，本發(fā)明的電池不需要標(biāo)準(zhǔn)鋰離子系統(tǒng)所必須的高質(zhì)量 的昂貴控制電路。因?yàn)樗鲭姵乜梢园踩^充電，而且電池在滿放電 深度時(shí)不會(huì)損壞。電池利用控制電路平衡電壓的需要減小，從而減少 相關(guān)費(fèi)用。
本發(fā)明中的電池有多種用途。所述電池的用途包括但不限于代 替不間斷電源(UPS),用作電動(dòng)汽車或者半電動(dòng)汽車的電池；用作 發(fā)電工具的電池。
UPS系統(tǒng)利用鉛酸電池或者機(jī)械調(diào)速輪來提供支持力，基于電池 的系統(tǒng)由于鉛酸電池實(shí)效而受到影響，每一年半到四年就需要更換一 次。而且，機(jī)械調(diào)速輪僅能提供15-20秒鐘的支持力，假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)在 8秒鐘后開始來提供后續(xù)的支持力。
本發(fā)明的電池是機(jī)械調(diào)速輪UPS系統(tǒng)的固態(tài)替代物而且不需要 定期的保養(yǎng)。所述電池在正常使用狀態(tài)下能夠持續(xù)15年，而且設(shè)計(jì)為 可在較寬的溫度范圍(-40攝氏度到65攝氏度)內(nèi)工作。
傳統(tǒng)的HEV電池系統(tǒng)由于重金屬和/或有毒的鉛酸、鎘或鎳基電 池的使用受到影響。至少，這些電池要每隔5-7年更換一次，花費(fèi)幾 千美元。現(xiàn)有電池有限的容量限制了僅從電池能獲取能量的加速度。 這個(gè)問題由于現(xiàn)有HEV電池系統(tǒng)相對(duì)較大的重量而加劇。
除了環(huán)境和重量方面的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明的電池?fù)碛袠O其高的放電速率(達(dá)到100C甚至更高)和高達(dá)40C的充電速率(用其他現(xiàn)有技術(shù)不 可達(dá)到)。高的充電率使得電池完全充電只需大約1.5分鐘。相應(yīng)地， 不僅混合電動(dòng)車輛受益于這種突破性的材料，該材料也首次成為全電 動(dòng)車輛的實(shí)際選擇。
電池組的尺寸由于現(xiàn)有通用發(fā)電工具電池的重量而受到限制。電 池組的尺寸相應(yīng)地限制了每個(gè)電池的工作時(shí)間，而且一個(gè)電池組的再 充電時(shí)間可能需要1到2個(gè)小時(shí)。此外，多數(shù)發(fā)電工具電池系統(tǒng)除了含 有腐蝕性電解質(zhì)以外還含有鎘和鎳。
相比較而言，本發(fā)明的電池組典型重量為從1到2磅并可安裝在吊 帶上。該電池組優(yōu)化到可以工作5到6個(gè)小時(shí)，而且在10到15分鐘內(nèi)重 新充好電，也不含任何鎳、鎘和其他有毒材料。
本發(fā)明的電池及其應(yīng)用舉例如下，但不限于下述例子
1. 一種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有至少10mVg 的BET表面面積的納米晶體Li4TisC^;陰極，包括具有至少5m"g的 BET表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有至少IOC的 充電速率。
2. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有至少10mVg 的BET表面面積的納米晶體Li4TisO,2;陰極，包括具有至少5mVg的 BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述具有至少10C的充電 速率；所述電池具有至少10C的放電速率。
3. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有至少10m"g 的BET表面面積納米晶體Li4Ti50,2;陰極，包括具有至少5mVg的BET 表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有至少IOC的充電 速率；所述電池具有至少1000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命。
4. 一種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有至少10mVg 的BET表面面積的納米晶體Li4Ti50u;陰極，包括具有至少5mVg的 BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有至少IOC的充電速率；所述電池具有5-9年的使用壽命(calendar life )。
5. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有至少10mVg 的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5C^;陰極，包括具有至少5mVg的 BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有至少10C的 充電速率；所述電池具有10-15年的使用壽命。
6. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有至少10mVg 的BET表面面積的納米晶體Li4Ti50,2組成；陰極，包括具有至少5mVg 的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有至少10C 的充電速率；所述電池的電解質(zhì)溶液中不含鉛、鎳、鎘、酸或者腐蝕 劑。
7. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有至少10m"g 的BET表面面積的納米晶體Li4Ti50u;陰極，包括具有至少5m々g的 BET表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有至少10C的 充電速率；所述電池消除了250攝氏度以下的熱逸潰。
8. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5C^;陰極，包括具有 至少5 m2/g的BET表面面積的納米晶#liMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少10C的充電速率。
9. 一種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5Ou;陰極，包括具有 至少5m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少10C的充電速率，所述電池具有至少10C的放電速率。
10. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4TisOu;陰極，包括具有 至少5 m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少10C的充電速率；所述電池具有至少1000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命。
11. 一種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5C^;陰極，包括具有 至少5m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少10C的充電速率；所述電池具有5-9年的使用壽命。
12. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140m"g的BET表面面積的納米晶體LUTi5Oi2;陰極，包括具有 至少5m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少10C的充電速率；所述電池具有10-15年的使用壽命。
13. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5Ot2;陰極，包括具有 至少5m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少10C的充電速率；所述電池的電解質(zhì)溶液中不含鉛、鎳、鎘、酸 或者腐蝕劑。
14. 一種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5C^;陰極，包括具有 至少5m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少10C的充電速率；所述電池消除了在250攝氏度以下的熱逸潰。
15. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140m々g的BET表面面積的納米晶體LUTi5Ch2;陰極，包括具有 至少10m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具 有至少20C的充電速率；所述電池具有至少20C的放電速率。
16. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5Oi2;陰極，包括具有 至少10m々g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具 有至少20C的充電速率；所述電池具有至少20C的放電速率；所述電 池具有至少1000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命。
17. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍為 從30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5O^;陰極，包括具有至少10m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具 有至少20C的充電速率；所述電池具有至少20C的放電速率；所述電 池具有至少1000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命；所述電池具有10- 15年的使用壽命。
18. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍從 30到140m"g的BET表面面積的納米晶體Li4TisO!2;陰極，包括具有至 少10m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少20C的充電速率；所述電池具有至少20C的放電速率；所述電池 具有至少1000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命；所述電池具有10- 15年的使用壽 命，所述電池的電解質(zhì)溶液中不含鉛、鎳、鎘、酸或者腐蝕劑。
19. 一種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍從 30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5(^2;陰極，包括具有至 少10m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少20C的充電速率；所述電池具有至少20C的放電速率；所述電池 具有至少1000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命；所述電池具有10- 15年的使用壽 命，所述電池的電解質(zhì)溶液中不含鉛、鎳、鎘、酸或者腐蝕劑；所述 電池消除了在250攝氏度以下的熱逸潰。
20. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍從 30到140mVg的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5(^2;陰極，包括具有至 少10m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少20C的充電速率；所述電池具有至少20C的放電速率；所述電池 具有至少2000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命；所述電池具有10 - 15年的使用壽 命，所述電池的電解質(zhì)溶液中不含鉛、鎳、鎘、酸或者腐蝕劑；所述 電池消除了在250攝氏度以下的熱逸潰。
21. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍從 30到140m"g的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5O!2;陰極，包括具有至 少1 OmVg的BET表面面積的納米晶體LiMri204堅(jiān)晶石；所述電池具有至少20C的充電速率；所述電池具有至少20C的放電速率；所述電池 具有至少3000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命；所述電池具有10 - 15年的使用壽 命，所述電池的電解質(zhì)溶液中不含鉛、鎳、鎘、酸或者腐蝕劑；所述 電池消除了在250攝氏度以下的熱逸潰。
22. —種電池，所述電池包含以下部分陽極，包括具有范圍從 30- 140m々g的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5Ou;陰極，包括具有至 少10m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn204堅(jiān)晶石；所述電池具有 至少20C的充電速率；所述電池具有至少40C的放電速率；所述電池 具有至少3000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命；所述電池具有IO- 15年的使用壽 命，所述電池的電解質(zhì)溶液中不含鉛、鎳、鎘、酸或者腐蝕劑；所述 電池消除了250攝氏度以下的熱逸潰。
23. —種不間斷電源的替代物，所述替代物為以上l-22條所述 的電池。
24. —種電動(dòng)車輛，所述電動(dòng)車輛包含以上l-22條所述的電池。
25. —種混合電動(dòng)車輛，所述混合電動(dòng)車輛包含以上1-22條所 述的電池。
26. —種發(fā)電工具，所述工具包含以上1-22條所述的電池。
權(quán)利要求
1、一種電池，所述電池包括a)陽極，包括具有至少10m2/g的BET表面面積的納米晶體Li4Ti5O12；b)陰極，包括具有至少5m2/g的BET表面面積的納米晶體LiMn2O4堅(jiān)晶石；所述電池具有至少10C的充電速率。
2、 如權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于所述電池具有至少10C 的放電速率。
3、 如權(quán)利要求2所述的電池，其特征在于所述電池具有至少為 1000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命。
4、 如權(quán)利要求3所述的電池，其特征在于所述電池具有5-9年 的使用壽命。
5、 如權(quán)利要求3所述的電池，其特征在于所述電池具有10-15 年的使用壽命。
6、 如權(quán)利要求5所述的電池，其特征在于所述電池的電解質(zhì)溶液 中不含鉛、鎳、鎘、酸或者腐蝕劑。
7、 如權(quán)利要求6所述的電池，其特征在于所述的電池消除了在 250攝氏度以下的熱逸潰。
8、 如權(quán)利要求7所述的電池，其特征在于所述納米晶體Li4TisOu 具有范圍從30到140m2/g的BET表面面積。
9、 如權(quán)利要求8所述的電池，其特征在于所述納米晶體LiMn204 堅(jiān)晶石具有至少為10m々g的BET表面面積。
10、 如權(quán)利要求9所述的電池，其特征在于所述電池具有至少為 2000個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命。
11、 一種不間斷電源的替代物，所述替代物為權(quán)利要求5所述的 電池。
12、 一種電動(dòng)車輛，其特征在于所述電動(dòng)車輛包括權(quán)利要求5所述的電池。
13、 一種混合電動(dòng)車輛，其特征在于所述混合電動(dòng)車輛包括權(quán)利 要求5所述的電池。
14、 一種發(fā)電工具，所述發(fā)電工具包括權(quán)利要求5所述的電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池。更具體地，涉及一種能夠進(jìn)行快速再充電、具有更長(zhǎng)電池壽命而且能夠進(jìn)行安全工作的鋰離子電池。在一個(gè)電池的角度上，本發(fā)明的電池包括如下組分陽極，包括具有至少10m²/g的BET表面面積的納米晶體Li₄Ti₅O₁₂；陰極，包括具有至少5m²/g的BET表面面積的納米晶體LiMn₂O₄堅(jiān)晶石；所述電池具有至少為10C的充電速率。
文檔編號(hào)H01M4/58GK101292380SQ200680039132
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者蒂莫西·M·斯派勒爾 申請(qǐng)人:阿爾特爾納米技術(shù)公司