專利名稱：一種采用鈦酸鋰材料的鋰離子電池負極漿料的制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種鈦酸鋰材料的鋰離子電池負極漿料的制作工藝。
背景技術(shù)：
地球的能源是有限的，人類的消費是無限的，能源短缺將威脅人類的生存和發(fā)展。因此，發(fā)展替代傳統(tǒng)石油的新能源已迫在眉睫。世界各國為解決能源短缺問題，紛紛投入大量人力、物力，研制開發(fā)新能源。新能源技術(shù)研究涉及太陽能、風(fēng)能、核能等多個技術(shù)領(lǐng)域，鋰離子動力電池就是其中很重要的一個項目，也是其中的研究熱點之一。鋰離子動力電池及材料可廣泛應(yīng)用于交通運輸、動力等領(lǐng)域中。是本世紀人類理想的替代燃油的產(chǎn)品。隨著石油資源的短缺，和受世界政治經(jīng)濟環(huán)境不穩(wěn)定導(dǎo)致的石油供應(yīng)不穩(wěn)定影響，鋰離子動力電池能源在車輛中的應(yīng)用正日漸興起。在目前較為成熟的鋰離子動力電池中，負極絕大多數(shù)都是采用以碳負極材料為活性物質(zhì)進行制備；但是由于碳負極材料存在較大的能量損失和高倍率充放電性能差等問題。碳負極材料在有機電解質(zhì)中易形成鈍化膜(SEI)，引起比容量的初始不可逆損失；且碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，當電池過充電時，碳電極表面易析出金屬鋰，形成枝晶而引起短路，從而帶來安全隱患；還有碳負極材料在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化大，產(chǎn)生循環(huán)穩(wěn)定性差等缺點。所以本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)著手努力尋找一新的技術(shù)方案克服這一技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種安全性高、倍率性能好且長壽命的鈦酸鋰材料的鋰離子電池負極漿料的制作工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種采用鈦酸鋰材料的鋰離子電池負極漿料的制作工藝，步驟包括(I)按重量份配料鈦酸鋰100、炭黑SUPER-P 2-4. 5、聚偏氟乙烯7_11、N_甲基吡咯烷酮=100-120 ；(2)將聚偏氟乙烯加入至重量份數(shù)70-90的N-甲基吡咯烷酮中攪拌均勻得烯膠溶液；(3)將炭黑SUPER-P加入稀膠溶液中攪拌均勻；(4)將鈦酸鋰在攪拌條件下分次均勻加入步驟(3)制得的溶液中，期間加入剩余的N-甲基吡咯烷酮，攪拌至材料分散均勻；漿料粘度在6000-8000cpS范圍內(nèi)后改用真空慢速攪拌1-1. 5h ;慢速攪拌完成后靜置消除漿料中的氣泡，然后過100-150目篩即得到鈦酸鋰負極漿料；上述的操作盡量在干燥避免氧化的條件下進行。例如提高環(huán)境的干燥程度和降低環(huán)境濕度。更好的可以是真空環(huán)境，或者惰性氣體保護的環(huán)境中進行。
本發(fā)明主要是通過使用分散效果理想的制作工藝，具體也就是獨特的各組分間的配比和加入順序，從而達到了簡化漿料制作工藝，縮短漿料制作周期，提高漿料分散效果的目的。例如其中作為溶劑的N-甲基吡咯烷酮分兩次加入使得便于與之同時加入的其它物料分散均勻。 按照本發(fā)明所提供的工藝技術(shù)來制作負極漿料進一步加工獲得的鋰離子動力電池將會達到如下技術(shù)效果(I)、零應(yīng)變，循環(huán)性能非常優(yōu)異鈦酸鋰材料最大的特點就是其“零應(yīng)變性”。所謂“零應(yīng)變性”是指其晶體在嵌入或脫出鋰離子時晶格常數(shù)和體積變化都很小，小于1%。在充放電循環(huán)中，這種“零應(yīng)變性”能夠避免由于電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而減少循環(huán)帶來的比容量衰減，提高電極的循環(huán)性能和使用壽命。(2)、放電電壓平穩(wěn)，安全性極高鈦酸鋰材料可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2. 4V或I. 9V的鋰離子二次電池，電解液不致發(fā)生分解，大大提高了鋰離子動力電池的安全性能。另外由于鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎(chǔ)。(3)、可高倍率充放電與碳負極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴散系數(shù)(為2*10_8cm2/s)，因此，采用鈦酸鋰為負極制作的鋰離子動力電池可高倍率充放電。本發(fā)明的進一步優(yōu)選技術(shù)方案是所述的步驟(2)、(3)、(4)在真空條件下進行。這樣避免水分、氧化物等雜質(zhì)的存在，利于構(gòu)成電池的各組分保持原有性能，避免電池短路等情況。所述的步驟(I)之前先將聚偏氟乙烯在真空環(huán)境下85_105°C進行烘烤6_8h，將烘烤好的粉料在真空狀態(tài)下停止加熱，待其溫度降至40-50°C待用。這樣可以降低聚偏氟乙烯的含水率，保障電池的性能提高。所述的步驟(2)的攪拌時間在2_4h。所述的步驟(3)中攪拌時間1_1. 5h。所述的鈦酸鋰分2-3次均勻加入步驟(3)制得的溶液中攪拌4-6h，期間應(yīng)加入剩余的N-甲基吡咯烷酮作溶劑。進一步的，所述的步驟(4)中的靜置時間在0. 5-lh。這些都是實踐掌握的優(yōu)選的時間控制參數(shù)，既能保證混合效果，同事又節(jié)約加工時間和攪拌能源。
具體實施例方式通過詳細描述以下兩個優(yōu)選實施例，更好地展示本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)效果。本發(fā)明所使用的負極活性物質(zhì)鈦酸鋰粉料規(guī)格型號TLB。負極活性物質(zhì)是一種由金屬鋰和低電位過渡金屬鈦的復(fù)合氧化物，屬于AB2X4系列，它可以被描述成尖晶石固溶體。該材料粒徑為D5tl = I. 3-2. 6um，振實密度達I. 68g/cm3 ;在電池充放電過程中為零應(yīng)變。實施例一制作疊片式鋰離子動力電池負電極片的制作方法將8克聚偏氟乙烯溶解于80克的N-甲基吡咯烷酮中，利用脫泡攪拌機進行真空攪拌(自轉(zhuǎn)15Hz，公轉(zhuǎn)25Hz) 2. 5h ;然后加入3克炭黑SUPER-P，真空攪拌(自轉(zhuǎn)15Hz，公轉(zhuǎn)30Hz) I. 5h ;最后加入100克鈦酸鋰粉料和30gN-甲基吡咯烷酮，經(jīng)高速真空攪拌(自轉(zhuǎn)35Hz，公轉(zhuǎn)40Hz) 4h，最后慢速攪拌(自轉(zhuǎn)15Hz，公轉(zhuǎn)25Hz) I. 5h，靜置Ih真空除氣泡后就得到負極漿料。將負極漿料涂布在15um厚鋁箔的兩個面上，在120_130°C的條件下除去溶劑N-甲基吡咯烷酮，負極片的厚度控制在170±10um，負極片經(jīng)滾壓后厚度控制在100±10um。將負極片裁切成菜刀型刀片面積為72*131mm，刀把面積為15*20mm，刀把部分是未涂膜的鋁箔，其表面在后續(xù)工步中與極耳相連接。正電極片的制作方法將4克聚偏氟乙烯溶解于70克的N-甲基吡咯烷酮中，然后加入5克炭黑SUPER-P，I. 5克鱗片石墨，最后加入100克磷酸亞鐵鋰粉料。經(jīng)高速真空攪拌均勻，靜置除氣后制成正極漿料。將正極漿料涂布在15um厚鋁箔的兩個面上，在120-130°C的條件下除去溶劑N-甲基吡咯烷酮，正極片的厚度控制在160±10um，極片經(jīng)滾壓后厚度控制在100±10um。將正極片裁切成菜刀型刀片面積為70*129mm，刀把面積為15*20mm，刀把部分是未涂膜的 鋁箔，其表面在后續(xù)工步中與極耳相連接。電池芯的制作方法將正負電極片和隔膜(寬度134mm)按負極片/隔膜/正極片/隔膜/……負極片的順序疊好，共有35個正極片，36個負極片構(gòu)成8. 7*73*134mm的電池芯。35個正極片的刀把匯集在一起焊上鋁極耳，36個負極片刀把匯集在一起焊上鎳極耳，極耳間間隔20mm左右。電池芯的裝配注液方法將電池芯放入鋁塑膜外包裝袋中，將包括極耳一邊在內(nèi)的三邊進行熱封口，只留一邊開口用于烘烤除水后注液。將封口好的電池在85°C真空狀態(tài)下烘烤10-16h，待電池降溫至40°C以下后注入50克電解液；然后將注液口一次熱封。電池的化成排氣和二次封口方法使用專用的電池充放電設(shè)備對電池進行3. 6V/0. 2C(CC+CV)充電化成，然后排放在化成過程中產(chǎn)生的少量氣體，最后進行二次封口完成整個電池制作。電池設(shè)計容量5Ah。實施例二卷繞式鋰離子動力電池負電極片的制作方法將10克聚偏氟乙烯溶解于90克的N-甲基吡咯烷酮中，真空攪拌(自轉(zhuǎn)15Hz，公轉(zhuǎn)25Hz) 3. 5h ;然后加入4. 5克炭黑SUPER-P，真空攪拌(自轉(zhuǎn)15Hz，公轉(zhuǎn)30Hz) I. 2h ;最后加入30g鈦酸鋰粉料粉料，真空攪拌0. 5h，然后加入70g鈦酸鋰粉料和30gN-甲基吡咯烷酮作為溶劑，真空攪拌(自轉(zhuǎn)35Hz，公轉(zhuǎn)40Hz) 5h，加入鈦酸鋰粉料的過程共攪拌5. 5h。最后慢速攪拌(自轉(zhuǎn)15Hz，公轉(zhuǎn)25Hz) I. 2h，靜置0. 5h真空除氣泡后制成負極漿料。將負極漿料涂布在15um厚鋁箔的兩個面上，在120_130°C的條件下除去溶劑N-甲基吡咯烷酮，負極片的厚度控制在170±10um，極片經(jīng)滾壓后厚度控制在100± IOum.將負極片裁切成131*3000mm的尺寸，然后在未涂膜的鋁箔面上點焊一只鋁極耳。正電極片的制作方法將4克聚偏氟乙烯溶解于70克的N-甲基吡咯烷酮中，然后加入5克炭黑SUPER-P，
1.5克鱗片石墨，最后加入100克磷酸亞鐵鋰粉料。經(jīng)高速真空攪拌均勻，靜置除氣后制成正極漿料。將正極漿料涂布在15um厚鋁箔的兩個面上，在120-130°C的條件下除去溶劑N-甲基吡咯烷酮，正極片的厚度控制在160±10um，極片經(jīng)滾壓后厚度控制在100±10um.將正極片裁切成129*2840mm的尺寸，然后在未涂膜的鋁箔面上點焊一只鋁極耳。電池芯的制作方法將正負電極片和隔膜(寬度134mm)按隔膜/正極片/隔膜/負極片的順序放置在卷繞機上，卷繞成8. 7*73*134mm的電池芯。正負極耳位于電芯同側(cè)，極耳間間隔20mm左右。電池芯的裝配注液方法將電池芯放入鋁塑膜外包裝袋中，將包括極耳一邊在內(nèi)的三邊進行熱封口，只留一邊開口用于烘烤除水后注液。將封口好的電池在85°C真空狀態(tài)下烘烤10-16h，待電池降溫至40°C以下后注入40克電解液；然后將注液口一次熱封。電池的化成排氣和二次封口方法使用專用的電池充放電設(shè)備對電池進行3. 6V/0. 2C(CC+CV)充電化成，然后排放在化成過程中產(chǎn)生的少量氣體，最后進行二次封口完成整個電池制作。電池設(shè)計容量5Ah。對比例負極采用市場上普通碳負極材料，按照目前現(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的負極漿料制備工藝，也就是以負極漿料的干粉為總重量計，配取94份的碳干粉作為負極活性物質(zhì)、3份的負極導(dǎo)電劑炭黑SUPER-P、3份的負極粘結(jié)劑SBR水性膠，將原料添加到去離子水中經(jīng)真空攪拌得到負極漿料，將配置好的負極漿涂覆在IOum的銅箔上，所述負極片上所涂料厚度控制在140±10um ;后經(jīng)滾壓制片即得到負極片，按照上述實例一、二相同的方法制作正極片及電池。電池設(shè)計容量5Ah。將上述實施例一、實施例二、對比例制作的動力鋰離子電池分別進行以下對比測試測試I :分別對實施例一、對比例工藝條件下制得的電池以1C、3C、5C、10C進行進行倍率放電對比測試，具體數(shù)據(jù)見表I ;測試2 :分別對實施例一、實施例二、對比例工藝條件下制得的電池以5C充電，IOC放電進行循環(huán)測試，具體數(shù)據(jù)見表2。表I
IC放電容量I 3C放電容量|5C放電容量I IOC放電容量 類別保持率/°/。 保持率/ 保持率/ 保持率/
L0056」實例一 10099.5__99A__98.4
對比例 I 100 I 95.1 I 94.4 丨 91.8表2
數(shù)據(jù)I 100周容量I 200周容量I 300周容量I 500周容量保類別保持執(zhí)保持率/°/。 保持挪持率/%實例— 98.23 96.3295.4393.27
實例二 97.68 95.5494.4292.97
對比例 95.12 90.5187.6485.17從以上實施例一、實施例一二和對比例的測試數(shù)據(jù)對比中可以看出，采用本發(fā)明工藝方法制作鋰離子動力電池，具有高功率、循環(huán)性能優(yōu)異、高安全性等優(yōu)點，該方法制作的電池可以廣泛應(yīng)用在新能源電動汽車等領(lǐng)域。權(quán)利要求
1.一種采用鈦酸鋰材料的鋰離子電池負極漿料的制作工藝，步驟包括 (1)按重量份配料鈦酸鋰100、炭黑SUPER-P:2-4. 5、聚偏氟乙烯7_11、N-甲基吡咯烷酮=100-120 ； (2)將聚偏氟乙烯加入至重量份數(shù)70-90的N-甲基吡咯烷酮中攪拌均勻得烯膠溶液； (3)將炭黑SUPER-P加入稀膠溶液中攪拌均勻； (4)將鈦酸鋰在攪拌條件下分次均勻加入步驟(3)制得的溶液中，期間加入剩余的N-甲基吡咯烷酮，攪拌至材料分散均勻；漿料粘度在6000-8000cpS范圍內(nèi)后改用真空慢速攪拌1-1. 5h ;慢速攪拌完成后靜置消除漿料中的氣泡，然后過100-150目篩即得到鈦酸鋰負極衆(zhòng)料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制作工藝，其特征在于所述的步驟(2)、(3)、(4)在真空條件下進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作工藝，其特征在于所述的步驟(I)之前先將聚偏氟乙烯在真空環(huán)境下85-105°C進行烘烤6-8h，將烘烤好的粉料在真空狀態(tài)下停止加熱，待其溫度降至40-50°C待用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作工藝，其特征在于所述的步驟(2)的攪拌時間在2-4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作工藝，其特征在于所述的步驟(3)中攪拌時間1-1.5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作工藝，其特征在于所述的步驟(4)中加入鈦酸鋰和N-甲基吡咯烷酮后攪拌4-6h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作工藝，其特征在于所述的步驟(4)中的靜置時間在.0.5-lh。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作工藝，其特征在于所述的鈦酸鋰分2-3次均勻加入步驟(3)制得的溶液中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用鈦酸鋰材料的鋰離子電池負極漿料的制作工藝，一種安全性高、倍率性能好且長壽命的鈦酸鋰材料的鋰離子電池負極漿料的制作工藝；步驟包括按重量份配料鈦酸鋰100、炭黑SUPER-P2-4.5、聚偏氟乙烯7-11、N-甲基吡咯烷酮100-120；干燥避免氧化條件下先后將聚偏氟乙烯、炭黑SUPER-P、鈦酸鋰和剩余N-甲基吡咯烷酮加入至N-甲基吡咯烷酮溶劑中攪拌均勻，獲得漿料粘度在6000-8000cps范圍內(nèi)后改用真空慢速攪拌1-1.5h；慢速攪拌完成后靜置消除漿料中的氣泡，然后過100-150目篩即得到鈦酸鋰負極漿料；本發(fā)明主要是通過使用分散效果理想的制作工藝，達到了簡化漿料制作工藝，提高漿料分散效果的目的。
文檔編號H01M4/485GK102623689SQ20121008689
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者任海中, 馮勇, 楊金林, 謝小軍, 趙群會 申請人:重慶永通信息工程實業(yè)有限公司