[發明專利]一種鋰電池負極及其制備方法

在審

• 申請號: 201710157508.6
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106876657A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 熊永蓮;侯全會;陳玉煒;嚴軍
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/1391;H01M4/131;H01M4/485;H01M10/0525;H01M4/66;H01M4/80
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 李進

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體而言，涉及一種鋰電池負極及其制備方法。

背景技術

在上世紀90年代早期，一些商業化的鋰二次電池產品逐漸得到廣泛應用，包括Li-TiS₂，Li-MoS₂，以及Li-LixMnO₂。石墨被認為是接近完美的鋰離子電池負極材料。但是，由于六個碳原子才能允許一個鋰離子嵌入而形成化合物LiC₆，導致石墨的比容量僅為372mAh/g。而且鋰離子在碳材料的擴散速度介于10^-12到10^-6cm²/s之間，也會導致其比能量的降低。

目前對鋰離子電池負極材料主要包括碳系材料、非碳系材料。碳系材料主要包括碳納米管(1100mAh/g)、碳納米纖維(450mAh/g)、石墨烯(960mAh/g)、多孔碳材料(800～1100mAh/g)。非碳系材料主要包括Si材料(4200mAh/g)、Ge材料(1600mAh/g)、Sn材料(994mAh/g)、過渡金屬氧化物(500～1000mAh/g)。同時，金屬硫化物、磷化物、氮化物等也被認為是潛在的負極材料，它們的比容量都超過了500mAh/g。零應變的鈦酸鋰被認為是更安全、壽命更長的負極材料，在混合電動汽車和風/光/電并網、智能電網等領域有獨特的應用前景。但是，采用鈦酸鋰負極的鋰離子電池在充放電及儲存過程中極易發生氣脹。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰電池負極及其制備方法，其旨在改善現有的鋰電池容易鼓脹的問題。

本發明提供一種技術方案：

一種鋰電池負極的制備方法，其包括：用酸溶液調節鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10-11，過濾得到濾渣，將濾渣于600-700℃焙燒制得活性物質，將活性物質負載于集流體。集流體是具有三維多孔結構的銅片，銅片的相對的兩個表面均勻地分布多個孔。

本發明還提供一種鋰電池負極，由上述的鋰電池負極的制備方法制得。

本發明實施例提供的鋰電池負極及其制備方法的有益效果是：酸溶液調節鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10-11，過濾得到濾渣，將濾渣于600-700℃焙燒制得活性物質?？梢缘玫讲煌琾H但結構不變的改性鈦酸鋰材料，通過酸溶液改性鈦酸鋰，能較大程度地減少鈦酸鋰表面的碳酸鋰、氫氧化鋰、Ti-O等物質或官能團，有利于抑制電池鼓脹。三維多孔結構的銅片的集流體能夠為活性物質在充放電的過程中提供較多的緩沖空間，減小充放電過程中的體積應變，從而減少活性物質于電池中所占的質量和空間；進一步抑制電池鼓脹。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

下面對本發明實施例提供的鋰電池負極的制備方法進行具體說明。

一種鋰電池負極的制備方法，其包括：用酸溶液調節鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10-11，過濾得到濾渣，將濾渣于600-700℃焙燒制得活性物質，將活性物質負載于集流體。集流體是具有三維多孔結構的銅片，孔形成于銅片的相對的兩個表面且均勻分布。

在本實施例中，上述鈦酸鋰為尖晶石結構的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)。

尖晶石結構的鈦酸鋰被稱為“零應變材料”，在充放電過程中，鋰離子嵌脫過程引起鈦酸鋰材料的晶胞參數a變化較小(從0.836nm增加到0.837nm)，體積應變小(小于1％)。

此外，尖晶石結構的鈦酸鋰電壓平臺高，不會與電池中的電解液反應形成鈍化膜，避免充放電過程中形成鋰枝晶，且其平臺容量超過總容量的85％，可指示充電結束，避免過充電，因此其安全性比碳負極材料高。另外，鈦酸鋰的鋰離子擴散系數為2×10^-8cm²/s，比通常的碳負極材料高1個數量級，高的擴散系數可使得鈦酸鋰制成的電負極實現快速、多次循環充電。

但是由于尖晶石結構的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)表面存在一定量的碳酸鋰、氫氧化鋰、MOH和路易斯酸位等，且尖晶石結構的鈦酸鋰比表面積大，極易吸附水和其他雜質，導致電池鼓脹。