[發明專利]一種鋰離子電池鈦酸鋰負極漿料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510337679.8
• 申請日: 2015-06-18
• 公開（公告）號: CN104993119A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 田東
• 申請（專利權）人: 田東
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及一種鋰離子電池鈦酸鋰負極漿料及其制備方法，具體為以鈦酸鋰為負極材料，并添加納米錫粉和碳纖維材料在鋰離子電池負極中的應用。

背景技術

自上世紀90年代初日本索尼能源技術公司率先成功開發出使用碳負極的鋰離子電池以來，鋰離子電池以年均15%的速度迅速占領民用二次電池市場，已經成為當前便攜式電子設備的首選電源。鋰離子電池的飛速發展主要是得益于電極材料的貢獻，特別是負極材料的進步。目前商業化鋰離子電池負極材料采用的是鈦酸鋰類碳材料，具有較低的鋰嵌入/脫嵌電位、合適的可逆容量且資源豐富、價格低廉等優點，是比較理想的鋰離子電池負極材料。

碳材料以其價廉、無毒及其優越的電化學性能在鋰離子電池中得到了廣泛的應用，它本身的界面狀況和微細結構對電極性能有很大的影響。目前，商品化的鋰離子電池碳負極材料可分為鈦酸鋰、硬碳和軟碳三類，其中鈦酸鋰類材料依然是鋰離子電池負極材料的主流。鈦酸鋰類碳材料，具有較低的鋰嵌入/脫嵌電位、合適的可逆容量且資源豐富、價格低廉等優點，是比較理想的鋰離子電池負極材料。但其理論比容量只有372mAh/g，因而限制了鋰離子電池比能量的進一步提高，不能滿足日益發展的高能量便攜式移動電源的需求。同時，鈦酸鋰作為負極材料時，在首次充放電過程中在其表面形成一層固體電解質膜（SEI）。?固體電解質膜是電解液、負極材料和鋰離子等相互反應形成，不可逆地消耗鋰離子，是形成不可逆容量的一個主要的因素；其二是在鋰離子嵌入的過程中，電解質容易與其共嵌在遷出的過程中，電解液被還原，生成的氣體產物導致鈦酸鋰片層剝落，尤其在含有PC的電解液中，鈦酸鋰片層脫落將形成新界面，導致進一步SEI形成，不可逆容量增加，同時循環穩定性下降。碳材料作為鋰離子電池負極材料依然存在充放電容量低、初次循環不可逆損失大、溶劑分子共插層和制備成本高等缺點，這些也是在目前鋰離子電池研究方面所需解決的關鍵問題。

Li₄Ti₅O₁₂?作為一種新型的鋰離子二次電池負極材料，與其它商業化的材料相比，具有循環性能好、不與電解液反應、安全性能高、充放電平臺平穩等優點，是近幾年來備受關注的最優異的鋰離子電池負極材料之一。與碳負電極材料相比，鈦酸鋰有很多的優勢，其中，鋰離子在鈦酸鋰中的脫嵌是可逆的，而且鋰離子在嵌入或脫出鈦酸鋰的過程中，其晶型不發生變化，體積變化小于1%，因此被稱為“零應變材料”，能夠避免充放電循環中由于電極材料的來回伸縮而導致結構的破壞，從而提高電極的循環性能和使用壽命，減少了隨循環次數增加而帶來比容量大幅度的衰減，具有比碳負極更優良的循環性能；但是，由于鈦酸鋰是一種絕緣材料，其電導率低，從而導致在鋰電中的應用存在倍率性能較差的問題，同時鈦酸鋰材料理論比容量為175?mAh/g，實際比容量大于160mAh/g，具有克容量較低等缺點。

金屬錫具有高的儲鋰容量（994?mAh/g）和低的鋰離子脫嵌平臺電壓等優點，是一種極具發展潛力的非碳負極材料。近年來人們對這類材料開展了廣泛的研究，并取得了一定的進展。但在可逆儲鋰過程中，金屬錫體積膨脹顯著，導致循環性能變差，容量迅速衰減，因此難以滿足大規模生產的要求。為此，通過引入碳等非金屬元素，以合金化或復合的方式來穩定金屬錫，減緩錫的體積膨脹。碳能夠阻止錫顆粒間的直接接觸，抑制錫顆粒的團聚和長大，起到緩沖層的作用。

錫作為負極材料其平臺電勢比金屬鋰高出大概0.2V，在電池充電過程中負極上不易出現析鋰現象。同時碳纖維具有強度高、導電性優良、導熱性良好等特點，由于其具有纖長的纖維狀結構，與納米錫粉同時添加到負極中，可與鈦酸鋰、納米錫粉導電劑等各組份相互纏繞，起到加固負極材料、增加導電性的作用，兩者協同配合，提高了電池的容量和循環性能。

發明內容

本專利的目的是提供一種鋰離子電池鈦酸鋰負極漿料及其制備方法，以提高電池容量、改善電池循環壽命。

為實現上述目的，本專利采用的技術方案是：一種鋰離子電池鈦酸鋰負極漿料，包括鈦酸鋰、導電劑、粘結劑、增稠劑、溶劑和分散劑，其特征是，還包括納米錫粉和碳纖維，導電劑占總固體重量的0%-3%，分散劑加入量占總固體質量分數的2%-10%，納米錫粉占總固體量的2%-20%，碳纖維占納米錫粉重量的20-80%，所述納米錫粉中值粒徑D50范圍介于10-100nm之間，所述碳纖維中直粒徑徑D50介于10-200nm之間。

所述碳纖維為中空或實心結構。

所述碳纖維的中空結構為單層中空或多層中空。