[發明專利]鈦酸鋰電池負極漿料制備方法

無效

• 申請號: 201310191639.8
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103311527A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 潘瑜
• 申請（專利權）人: 南京雙登科技發展研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

??本發明涉及鈦酸鋰電池技術領域，具體涉及一種改善鈦酸鋰電池倍率性能的負極漿料制備方法。

背景技術

目前商品化的動力鋰離子電池大多采用石墨化碳材料負極，由于碳材料嵌鋰后，電極的電位與金屬鋰的電位很接近，當電池過充時，碳電極表面易析出金屬鋰，它與電解液反應產生可燃氣體混合物，因而給電池造成很大的安全隱患。同時，石墨電極還存在電解液的共嵌入問題，這也影響了電極的循環穩定性。因此，目前動力電池的循環壽命、安全性等方面尚需大幅提升。鈦酸鋰的對鋰電位為1．55V，嵌鋰時不會產生金屬鋰沉積和形成支晶問題；其在鋰的嵌入或脫出過程中，晶型不發生變化（“零應變材料”），從而能夠避免充放電循環中由于電極材料的膨脹和收縮而導致結構的破壞，大大提高電極的循環性能和使用壽命（遠長于碳負極）。鈦酸鋰的鋰離子擴散系數比碳負極材料的擴散系數大一個數量級，使得電池可以實現快速充放電。因此鈦酸鋰電池作為動力鋰離子電池有著巨大的研究價值和商業應用前景。鑒于此，國外早在20世紀末就開始開展鈦酸鋰電池的研究。

鈦酸鋰粒度較細、密度較小，混料過程中需要十分精細。NMP與水互溶，但作為鈦酸鋰電池配方所需溶劑，卻要嚴格地控制水分，以免水分與粘結劑反應，影響整個漿料的物理性能。鈦酸鋰為超細粉末，比表面積較大，易吸水，也需要嚴格控制水分。傳統的方法是將環境濕度控制在某個值以內，但對于鈦酸鋰、PVDF、NMP而言，難免吸入部分水分。為了節約時間，一般工藝為一次性加入鈦酸鋰，但鈦酸鋰比重較小，加入后不易攪拌均勻且會造成溫升較大，影響漿料的均勻性。采用上述傳統方法和一般工藝的現有鈦酸鋰電池負極漿料制備方法，致使電池的倍率性能較差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種改善鈦酸鋰電池倍率性能的鈦酸鋰電池負極漿料制備方法。

本發明的技術方案是：鈦酸鋰電池負極漿料制備方法，其改進之處是操作步驟如下：

（1）對下述負極材料按質量百分比配料：鈦酸鋰80%～90%，二氧化鈦1%～5%，粘結劑2%～10%，導電劑3%～8%；

（2）將上述負極材料分別在真空壓力為-0.085?Mpa～-0.095Mpa，溫度為100～160℃的烘箱中烘烤36～48h；

（3）將烘干后的二氧化鈦、粘合劑、導電劑與溶劑混合，得到混合溶液；

（4）將烘干后的鈦酸鋰分2～4次加入混合溶液，每加入一次，充入氮氣，抽真空，再充入氮氣、抽真空，高速攪拌2～4h。

所述二氧化鈦為微米或納米級二氧化鈦；負極材料中，粘合劑為PVDF；所述負極材料中，導電劑為超導碳黑，導電石墨、碳納米管、導電碳黑中的一種或幾種混合；所述溶劑為NMP，其用量為鈦酸鋰質量的1.1～1.2倍；所述步驟（4）中，抽真空壓力為-0.08?Mpa～-0.1Mpa。

本發明在負極材料中加入二氧化鈦，二氧化鈦用于鋰離子電池的優勢有：嵌鋰電位比碳高，約為1.75?V，可解決鋰在負極產生枝晶的問題；在有機電解液中的溶解度較小，嵌脫鋰過程中的結構變化小，可避免嵌脫鋰過程的材料體積變化引起的結構破壞，提高電池的循環和倍率性能。本發明向混合溶液中逐次加入鈦酸鋰，可以使得鈦酸鋰能充分在漿料中混合均勻，同時可以避免一次加入鈦酸鋰造成的溫升較大。溶劑NMP、粘結劑PVDF、鈦酸鋰都極易吸水，漿料中水分過多，會導致漿料與集流體粘結性變差，繼而導致制得電池的倍率、循環等性能都受影響。逐次加入鈦酸鋰過程中充入氮氣，抽真空可以盡可能的避免水分滲入漿料中。

具體實施方式

鈦酸鋰電池負極漿料制備方法操作如下：

1、將負極材料按質量百分比配料：85%的鈦酸鋰，2%的二氧化鈦，5%的PVDF，5%的碳納米管，3%的超導碳黑，分別進行烘烤處理，烘箱真空度（表壓）為-0.09Mpa，溫度為140℃，烘烤40小時；

2、在合漿機里，將處理后的二氧化鈦，PVDF，碳納米管，超導碳黑與溶劑NMP混合，得到混合溶液，NMP溶劑的用量為鈦酸鋰質量的1.1倍；

3、向混合溶液中加入1/3的鈦酸鋰后，在合漿機里充入氮氣，抽真空至-0.09Mpa，再充入氮氣，抽真空至-0.09Mpa，高速攪拌3h；

4、將步驟（3）再重復二次，出料。

將此漿料均勻涂于蝕刻鋁箔上，雙面面密度控制在140～250g/m²，烘干制作負極極片。

用此鈦酸鋰負極極片與常規的正極極片制得的電池的倍率充放電性能如下：