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    • 专利摘要:
    本实用新型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TiNb207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；所述低电压锂离子电池中TiNb207材料或钛酸锂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，在本实用新型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。
    公开号:CN214336764U
    申请号:CN202120277268.5U
    申请日:2021-02-01
    公开日:2021-10-01
    发明作者:尚雷；张汉军
    申请人:Hunan Yiputeng Technology Co ltd；
    IPC主号:H01M10-0525
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及电池技术领域，尤其是一种低电压锂离子电池。
    [n0002] 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。
    [n0003] 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。
    [n0004] TiNb207(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。
    [n0005] 本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种低电压锂离子电池。
    [n0006] 本实用新型的技术方案：
    [n0007] 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TiNb207(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。
    [n0008] 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。
    [n0009] 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。
    [n0010] 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。
    [n0011] 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。
    [n0012] 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。
    [n0013] 优选的，上述低电压锂离子电池，所述氧化物固态电解质为Li7La3Zr2O12(LLZO)、锂磷氧氮(LiPON)、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)或Li0.34La0.567TiO3(LLTO)；所述硫化物固态电解质为Li7P3S11(LPS)、Li10GeP2S12(LGPS)、Li10SiP2S12(LSPS)或Li6PS5Cl；所述凝胶固态电解质为PVDF-HFP基、PVA-CN基或TEGDME G4基；所述聚合物固态电解质为PEO基、PVDF基、PMMA基或PAN基。
    [n0014] 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。
    [n0015] 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。
    [n0016] 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。
    [n0017] 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。
    [n0018] 本实用新型的优越性：
    [n0019] 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，TiNb207(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，在本实用新型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。
    [n0020] 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。
    [n0021] 图1为本实用新型所述低电压锂离子电池的结构示意图；
    [n0022] 图2为本实用新型所述低电压锂离子电池的另一结构示意图；
    [n0023] 图3为本实用新型所述低电压锂离子电池的另一结构示意图；
    [n0024] 图4为本实用新型所述低电压锂离子电池的另一结构示意图；
    [n0025] 图5为本实用新型所述低电压锂离子电池的另一结构示意图。
    [n0026] 图中：1-正极材料层 2-电解质层 3-负极材料层
    [n0027] 4-补锂材料/补锂材料层 5-隔膜 6-锂金属材料层
    [n0028] 7-液体电解质层 8-固态电解质层
    [n0029] 实施例1
    [n0030] 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TiNb207(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％。
    [n0031] 实施例2
    [n0032] 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中的活性材料为钛酸锂(LTO)，正极材料层1中分散设置补锂材料4，所述补锂材料4为Li2NiO2，正极材料层1的厚度为20μm，所述电解质层2是由隔膜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22μm，所述负极材料层3中的活性材料为硬碳材料，负极材料层3的厚度为15μm。获得的低电压锂离子电池，其中值电压范围为1.4～1.6V时，电化学性能稳定,1C/1C充放电循环次数大于8000次，容量保持率为80％。
    [n0033] 实施例3
    [n0034] 如图2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TiNb207(TNO)，正极材料层1的厚度为360μm，所述电解质层2是由隔膜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16μm，所述负极材料层3中的活性材料为硅碳材料，负极材料层3中分散设置补锂材料4，补锂材料4为钝化锂粉，负极材料层3的厚度为280μm。获得的低电压锂离子电池，其中值电压范围为1.4～1.7V时，电化学性能稳定,1C/1C充放电循环次数大于5000次，容量保持率为80％。
    [n0035] 实施例4
    [n0036] 如图2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中的活性材料为钛酸锂(LTO)材料，正极材料层1的厚度为200μm，所述电解质层2是由隔膜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26μm，所述负极材料层3中的活性材料为软碳材料，负极材料层3中分散设置补锂材料4，补锂材料4为氮化锂，负极材料层3的厚度为150μm。获得的低电压锂离子电池，其中值电压范围为1.4～1.7V时，电化学性能稳定,1C/1C充放电循环次数大于8000次，容量保持率为80％。
    [n0037] 实施例5
    [n0038] 如图3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中的活性材料为钛酸锂(LTO)材料，正极材料层1的厚度为60μm，所述电解质层2为固态电解质层8，固态电解质层8的材料为PVDF-HFP基凝胶固态电解质，电解质层2的厚度为5μm，所述负极材料层3为锂金属材料层6，负极材料层3的厚度为2μm。获得的低电压锂离子电池，其中值电压范围为1.5～1.6V时，电化学性能稳定,1C/1C充放电循环次数大于5000次，容量保持率为80％。
    [n0039] 实施例6
    [n0040] 如图4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中的活性材料为钛酸锂(LTO)材料，正极材料层1的厚度为30μm，正极材料层1外侧设置有补锂材料层4，补锂材料层的厚度为5μm，所述补锂材料层4的材料为Li5FeO4，所述电解质层2是由隔膜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15μm，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10μm。获得的低电压锂离子电池，其中值电压范围为1.5～1.6V时，电化学性能稳定,1C/1C充放电循环次数大于5000次，容量保持率为80％。
    [n0041] 实施例7
    [n0042] 如图5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中的活性材料为钛酸锂(LTO)材料，正极材料层1的厚度为500μm，所述电解质层2是由隔膜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35μm，所述负极材料层3中的活性材料为硅碳材料，负极材料层3外侧设置有补锂材料层4，补锂材料层的厚度为150μm，所述补锂材料层4的材料为Li2NiO2，负极材料层3的厚度为200μm。获得的低电压锂离子电池，其中值电压范围为1.4～1.5V时，电化学性能稳定,1C/1C充放电循环次数大于5000次，容量保持率为80％。
    [n0043] 综上所述，本实用新型提供的低电压锂离子电池，将锂离子电池的负极常用材料创新性用于锂离子电池的正极，为锂离子电池提供稳定低电压、且循环寿命好，电池安全性也大幅提高。
    [n0044] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 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TiNb207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。
    [0002] 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。
    [0003] 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。
    [0004] 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。
    [0005] 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。
    [0006] 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。
    [0007] 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Li7La3Zr2O12、锂磷氧氮、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3或Li0.34La0.567TiO3；所述硫化物固态电解质为Li7P3S11、Li10GeP2S12、Li10SiP2S12或Li6PS5Cl；所述凝胶固态电解质为PVDF-HFP基、PVA-CN基或TEGDME G4基；所述聚合物固态电解质为PEO基、PVDF基、PMMA基或PAN基。
    [0008] 8.根据权利要求1所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述正极材料层的厚度为20～800μm，所述负极材料层的厚度为2～800μm。
    [0009] 9.根据权利要求1所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述电解质层的厚度为5～50μm。
    [0010] 10.根据权利要求3所述的低电压锂离子电池，其特征在于：所述补锂材料层的厚度为5～150μm。
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    优先权:
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