一種鈦酸鋰負(fù)極極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鈦酸鋰負(fù)極極片及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子動(dòng)力電池是最近開(kāi)發(fā)并迅速發(fā)展起來(lái)的新型電池，由于其高比能量、環(huán)保 等特殊優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、軍用產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域。鋰離子電池自20世 紀(jì)90年代商業(yè)化應(yīng)用以來(lái)，至今鋰離子電池已占據(jù)二次電池市場(chǎng)規(guī)模的70%以上。基于對(duì) 鋰離子電池的安全性能和循環(huán)性能要求，我們需要尋找替代碳材料的新型負(fù)極材料。而鈦 酸鋰負(fù)極材料為尖晶石結(jié)構(gòu)超細(xì)粉末，具有良好的循環(huán)性能和優(yōu)良的充放電平臺(tái)。在Li +嵌 入或脫出過(guò)程中，晶型不發(fā)生變化，體積變化小于1 %，因此被稱為"零應(yīng)變材料"，能夠避免 充放電循環(huán)中由于電極材料的來(lái)回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高電極的循環(huán)性能和使 用壽命。與炭負(fù)極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)（為2*10 Scm2/s)，從而使得 該負(fù)極材料可以快速充放電，而且電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能。因此，鈦酸 鋰材料擁有其他鋰離子電池負(fù)極材料不具有的優(yōu)勢(shì)，具有非常好的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值。
[0003] 但是鈦酸鋰材料比重較小，粒度較細(xì)，涂布性能較差，使得電池的循環(huán)壽命和倍率 性能較動(dòng)力鋰電池的要求存在著很大的差距。
[0004] 申請(qǐng)公布號(hào)CN102945946A，申請(qǐng)公布日2013. 02. 27的中國(guó)專利公開(kāi)了一種鈦酸 鋰電池負(fù)極極片制作方法，包括集流體制作、漿料配制和涂覆，所述集流體采用刻蝕鋁箔， 漿料按下列組分及重量百分比配制：導(dǎo)電劑2%~10%，粘結(jié)劑3%~10%，溶劑45%~ 60%，鈦酸鋰35 %~45%，配制時(shí)先對(duì)原材料干燥預(yù)處理，再先后加入各組分，混合攪拌均 勻，涂覆時(shí)控制面密度140~250g/m2。其不足之處在于，集流體采用刻蝕鋁箔，刻蝕鋁箔表 面易存在針孔，另外，刻蝕鋁箔對(duì)電池的性能改善有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的鈦酸鋰負(fù)極極片涂布性能差，對(duì)電池的性能改善有 限的問(wèn)題，提供了一種能提高電池倍率循環(huán)性能，降低電池放電直流內(nèi)阻，改善電池低溫功 率特性的鈦酸鋰負(fù)極極片。
[0006] 本發(fā)明還提供了一種鈦酸鋰負(fù)極極片的制備方法，該方法工藝步驟簡(jiǎn)單，可操作 性強(qiáng)，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種鈦酸鋰負(fù)極極片，包括負(fù)極集流體和涂覆在負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料，所 述負(fù)極集流體為涂碳鋁箔，所述負(fù)極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：2~7%導(dǎo)電劑， 3~8%粘結(jié)劑，87~94%鈦酸鋰，各組分質(zhì)量百分比之和為100%，負(fù)極材料壓實(shí)密度為 2~2. 3g/cm3。本發(fā)明的負(fù)極極片采用涂碳鋁箔作為負(fù)極集流體以解決鈦酸鋰材料加工性 能差的問(wèn)題，涂碳鋁箔能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，收集活性物質(zhì)的微電流，從而可以大幅 度降低正極材料和集流之間的接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，改善鈦酸鋰材料 的加工性能，使電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升，另外，本發(fā)明還對(duì)負(fù)極材料的配方進(jìn)行了 優(yōu)化改進(jìn)，不僅涂布性能好，而且保證了電池的整體性能。
[0009] 作為優(yōu)選，所述涂碳鋁箔具有雙面涂碳層。
[0010] 作為優(yōu)選，所述涂碳鋁箔上涂碳層單面厚度為0. 5~1. 5 μ m。 toon] 作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、碳納米管、鱗狀石墨、氣相生長(zhǎng)碳纖維中的一 種或多種。
[0012] 作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚酰胺或聚丙烯酸。
[0013] -種鈦酸鋰負(fù)極極片的制備方法，具體步驟為：
[0014] (1)按上述配比稱取鈦酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑后將各組分混合均勻，加入質(zhì)量為鈦 酸鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑總質(zhì)量1~1. 5倍的N-甲基吡咯烷酮后攪拌均勻，于真空條件下靜 置1~2h，得漿料。
[0015] (2)將負(fù)極集流體置于乙醇中超聲振蕩30~40min后，于70~80°C恒溫條件下 烘烤1~2h。將負(fù)極集流體置于乙醇中超聲振蕩30~40min，以充分去除負(fù)極集流體表 面上的灰塵、油污等雜質(zhì)，并且在超聲的作用下，負(fù)極集流體表面較為疏松的碳顆粒能夠脫 落，形成凹坑，從而大大改善漿料的涂布性能，恒溫烘烤以徹底去除酒精和水分，經(jīng)過(guò)該步 驟，能夠大大提高漿料與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)效果，改善漿料的涂布均勻性，從而有利于 電池性能的提升。
[0016] (3)在負(fù)極集流體上均勻噴上N-甲基吡咯烷酮后，將漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體 上，經(jīng)干燥、碾壓后即得壓實(shí)密度為2~2. 3g/cm3鈦酸鋰負(fù)極極片。涂覆前噴上N-甲基吡 咯烷酮以使負(fù)極集流體表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)，從而提高漿料的涂布性能。
[0017] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] (1)采用涂碳鋁箔作為負(fù)極集流體，解決了鈦酸鋰材料加工性能差的問(wèn)題，而且使 電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升；
[0019] (2)對(duì)負(fù)極材料的配方進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，不僅涂布性能好，而且保證了電池的整體 性能；
[0020] (3)將負(fù)極集流體置于乙醇中超聲振蕩30~40min，于70~80°C恒溫條件下烘烤 1~2h，大大提高了漿料與負(fù)極集流體之間的粘結(jié)效果，有效改善了漿料的涂布均勻性，有 利于電池性能的提升；
[0021] (4)制備方法工藝步驟簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] -種鈦酸鋰負(fù)極極片,包括負(fù)極集流體和涂覆在負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料,負(fù) 極集流體為具有雙面涂碳層的涂碳鋁箔，涂碳鋁箔上涂碳層單面厚度為1. 5 μ m，負(fù)極材料 由以下質(zhì)量百分比的組分組成：2%導(dǎo)電劑，8%粘結(jié)劑，90%鈦酸鋰，負(fù)極材料壓實(shí)密度為 2g/cm 3,其中，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、碳納米管、鱗狀石墨、氣相生長(zhǎng)碳纖維中的一種或多種， 粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚酰胺或聚丙烯酸。
[0025] 該鈦酸鋰負(fù)極極片通過(guò)以下方法制備：
[0026] (1)按上述重量配比稱取鈦酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑后將各組分混合均勻，加入質(zhì)量 為鈦酸鋰、導(dǎo)電劑何粘結(jié)劑總質(zhì)量1倍的N-甲基吡咯烷酮后攪拌均勻，于真空條件下靜置 Ih，得漿料。
[0027] (2)將負(fù)極集流體置于乙醇中超聲振蕩30min后，于70°C恒溫條件下烘烤2h。
[0028] (3)在負(fù)極集流體上均勻噴上N-甲基吡咯烷酮后，將漿料均勻涂覆在負(fù)極集流體 上，經(jīng)干燥、碾壓后即得壓實(shí)密度為2g/cm 3的鈦酸鋰負(fù)極極片。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] -種鈦酸鋰負(fù)極極片,包括負(fù)極集流體和涂覆在負(fù)極集流體表面的負(fù)極材料,負(fù) 極集流體為具有雙面涂碳層的涂碳鋁箔，涂碳鋁箔上涂碳層單面厚度為1 μ m，負(fù)極材料 由以下質(zhì)量百分比的組分組成：7%導(dǎo)電劑，6%粘結(jié)劑，87%鈦酸鋰，負(fù)極材料壓實(shí)密度為 2. lg/cm3,其中，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、碳納米管、鱗狀石墨、氣相生長(zhǎng)碳纖維中的一種或多 種，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚酰胺或聚丙烯酸。
[0031] 該鈦酸鋰負(fù)極極片通過(guò)以下方法制備：
[0032] (1)按上述重量配比稱取鈦酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑后將各組分混合均勻，加入質(zhì)量 為鈦酸鋰、導(dǎo)電劑何粘結(jié)劑總質(zhì)量1. 2倍的N-甲基吡咯烷酮后攪拌均勻，于真空條件下靜 置1.5h，得漿料。
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