[發明專利]一種鋰電池納米氧化物包覆鈦酸鋰負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210557799.5
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103035901A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 謝皎;王瑨;廖小東;王增竹
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62;H01M4/131;B82Y30/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 趙麗

技術領域

本發明涉及一種鋰電池的負極材料及其制備方法，更具體地說，本發明涉及一種鋰電池納米氧化物包覆鈦酸鋰負極材料及其制備方法，屬于鋰電池負極材料技術領域。

背景技術

目前，鋰離子電池用負極材料的研究重點正朝著高比能量、高充放電效率、高循環性能和耐高倍率充放電的動力型電池材料方向發展。現在已商業化的鋰離子電池用負極材料大多都是碳負極，但是碳負極材料存在一些缺陷，如：首次放電過程中生成SEI膜（固體電解質膜），造成不可逆容量損失，高溫可能導致電池板失效或引起安全性問題，大電流充放電性能較差等，這些問題使得該材料已經不能滿足高效電池尤其是動力電池的需求。

與碳負極相比，尖晶石型鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）材料具有很多優點，如：1）具有較高的固相離子傳導率，因而具有良好的快速充電性能，10C充電容量大于80%DOD（放電深度）；2）鈦酸鋰材料在電池首次充放電過程中不需要性能SEI膜，因此具有較高的能量轉換效率；3）鈦酸鋰材料在充電過程中不形成鋰金屬或合金，具有較高的安全性；4）鈦酸鋰材料在循環過程中晶體結構穩定，具有良好的循環穩定性。因此鈦酸鋰材料可作為鋰離子動力電池的良好負極材料，是目前鋰離子電池負極材料研究的熱點，也是設計混合動力汽車動力電池的熱門對象。

但是，鈦酸鋰還具有顆粒尺寸小、比表面積大、吸水性較強的特點。常用的氧化物包覆物均是類球狀的，包覆效果較差，不能將鈦酸鋰致密包裹。電池制備過程中，環境水分又難以控制，導致電池內部水分含量過高。進而引起連鎖電化學反應，促進電解液分解，并釋放出大量的氣體。特別是鈦酸鋰電池經過高溫儲存后，電池內部會聚集大量的氣體，電池的膨脹現象非常明顯，嚴重制約了電池性能的發揮。

國家知識產權局于2011.12.28公開了一件申請號為201110204060.1，名稱為“負極活性物質及其制備方法以及采用該負極活性物質制備的鋰離子二次電池”的發明專利，該專利提供一種負極活性物質及其制備方法以及采用該負極活性物質制備的鋰離子二次電池：將球狀氧化物和棒狀氧化物混合得混合氧化物，將混合氧化物放入質量分數為4%的聚偏二氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中球磨混合1h，然后再加入鈦酸鋰并球磨混合3h得漿料，將漿料加熱并于170℃攪拌至干燥得鈦系復合材料，將鈦系復合材料在通入Ar或者N₂或者真空下于600℃烘烤24-72h，烘烤后降至室溫得到負極活性物質，所形成的負極活性物質具有包覆層致密而且均勻的特點，可以有效的減少鈦酸鋰與水分的接觸，由于氧化物的粒徑大小是納米級，能夠有效的將鈦酸鋰包裹，最大限度的避免了氣脹現象的發生，有利于提高鋰離子二次電池的循環壽命、儲存性能和安全性。

上述專利中，溶劑為N-甲基吡咯烷酮溶液，為有機體系，成本高、不環保；粘結劑是采用氟系粘結劑即聚偏二氟乙烯，成本高、不環保，且造成電極漿料穩定性甚至電池的穩定性不高；另外，上述專利還存在電極漿料固含量低，穩定性和一致性不佳的問題。

發明內容

本發明旨在解決現有技術中，鈦酸鋰負極材料造成電池氣脹，以及對比文件中成本高、不環保，電極、電池穩定性和一致性不佳的問題，提供一種鋰電池納米氧化物包覆鈦酸鋰負極材料，解決了電池氣脹問題，延長了電池壽命，提高了安全性，且成本低、環保，穩定性和一致性佳。

本發明的另一個目的為提供一種上述鋰電池納米氧化物包覆鈦酸鋰負極材料的優化制備方法。

為了實現上述發明目的，其具體的技術方案如下：

一種鋰電池納米氧化物包覆鈦酸鋰負極材料，其特征在于：包括以下按照重量百分比計的原料組分：

混合氧化物?????????????????????1-10%

鈦酸鋰?????????????????????????40-60%

水性粘結劑?????????????????????1-8%

表面活性劑?????????????????????0.5-2%

去離子水???????????????????????20-57.5%；

所述的混合氧化物為棒狀氧化物和球狀氧化物，混合氧化物為包覆層包覆于鈦酸鋰表面；

所述的表面活性劑為聚氧乙烯一聚氧丙烯聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯脂肪醇醚和聚氧乙烯脂肪酸酯中一種或任意比例的多種。

本發明優選的，所述的棒狀氧化物為氧化鋯、氧化硅、氧化鈣。

本發明優選的，所述的球狀氧化物為氧化鋅、氧化硼。