一種鈦酸鋰負極極片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鈦酸鋰負極極片及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子動力電池是最近開發(fā)并迅速發(fā)展起來的新型電池，由于其高比能量、環(huán)保 等特殊優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于電動汽車、儲能系統(tǒng)、軍用產(chǎn)品等多個領(lǐng)域。鋰離子電池自20世 紀90年代商業(yè)化應(yīng)用以來，至今鋰離子電池已占據(jù)二次電池市場規(guī)模的70%以上。基于對 鋰離子電池的安全性能和循環(huán)性能要求，我們需要尋找替代碳材料的新型負極材料。而鈦 酸鋰負極材料為尖晶石結(jié)構(gòu)超細粉末，具有良好的循環(huán)性能和優(yōu)良的充放電平臺。在Li +嵌 入或脫出過程中，晶型不發(fā)生變化，體積變化小于1 %，因此被稱為"零應(yīng)變材料"，能夠避免 充放電循環(huán)中由于電極材料的來回伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高電極的循環(huán)性能和使 用壽命。與炭負極材料相比，鈦酸鋰具有高的鋰離子擴散系數(shù)（為2*10 Scm2/s)，從而使得 該負極材料可以快速充放電，而且電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能。因此，鈦酸 鋰材料擁有其他鋰離子電池負極材料不具有的優(yōu)勢，具有非常好的市場前景和實用價值。
[0003] 但是鈦酸鋰材料比重較小，粒度較細，涂布性能較差，使得電池的循環(huán)壽命和倍率 性能較動力鋰電池的要求存在著很大的差距。
[0004] 申請公布號CN102945946A，申請公布日2013. 02. 27的中國專利公開了一種鈦酸 鋰電池負極極片制作方法，包括集流體制作、漿料配制和涂覆，所述集流體采用刻蝕鋁箔， 漿料按下列組分及重量百分比配制：導(dǎo)電劑2%~10%，粘結(jié)劑3%~10%，溶劑45%~ 60%，鈦酸鋰35 %~45%，配制時先對原材料干燥預(yù)處理，再先后加入各組分，混合攪拌均 勻，涂覆時控制面密度140~250g/m2。其不足之處在于，集流體采用刻蝕鋁箔，刻蝕鋁箔表 面易存在針孔，另外，刻蝕鋁箔對電池的性能改善有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的鈦酸鋰負極極片涂布性能差，對電池的性能改善有 限的問題，提供了一種能提高電池倍率循環(huán)性能，降低電池放電直流內(nèi)阻，改善電池低溫功 率特性的鈦酸鋰負極極片。
[0006] 本發(fā)明還提供了一種鈦酸鋰負極極片的制備方法，該方法工藝步驟簡單，可操作 性強，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種鈦酸鋰負極極片，包括負極集流體和涂覆在負極集流體表面的負極材料，所 述負極集流體為涂碳鋁箔，所述負極材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：2~7%導(dǎo)電劑， 3~8%粘結(jié)劑，87~94%鈦酸鋰，各組分質(zhì)量百分比之和為100%，負極材料壓實密度為 2~2. 3g/cm3。本發(fā)明的負極極片采用涂碳鋁箔作為負極集流體以解決鈦酸鋰材料加工性 能差的問題，涂碳鋁箔能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，收集活性物質(zhì)的微電流，從而可以大幅 度降低正極材料和集流之間的接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，改善鈦酸鋰材料 的加工性能，使電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升，另外，本發(fā)明還對負極材料的配方進行了 優(yōu)化改進，不僅涂布性能好，而且保證了電池的整體性能。
[0009] 作為優(yōu)選，所述涂碳鋁箔具有雙面涂碳層。
[0010] 作為優(yōu)選，所述涂碳鋁箔上涂碳層單面厚度為0. 5~1. 5 μ m。 toon] 作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、碳納米管、鱗狀石墨、氣相生長碳纖維中的一 種或多種。
[0012] 作為優(yōu)選，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚酰胺或聚丙烯酸。
[0013] -種鈦酸鋰負極極片的制備方法，具體步驟為：
[0014] (1)按上述配比稱取鈦酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑后將各組分混合均勻，加入質(zhì)量為鈦 酸鋰、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑總質(zhì)量1~1. 5倍的N-甲基吡咯烷酮后攪拌均勻，于真空條件下靜 置1~2h，得漿料。
[0015] (2)將負極集流體置于乙醇中超聲振蕩30~40min后，于70~80°C恒溫條件下 烘烤1~2h。將負極集流體置于乙醇中超聲振蕩30~40min，以充分去除負極集流體表 面上的灰塵、油污等雜質(zhì)，并且在超聲的作用下，負極集流體表面較為疏松的碳顆粒能夠脫 落，形成凹坑，從而大大改善漿料的涂布性能，恒溫烘烤以徹底去除酒精和水分，經(jīng)過該步 驟，能夠大大提高漿料與負極集流體之間的粘結(jié)效果，改善漿料的涂布均勻性，從而有利于 電池性能的提升。
[0016] (3)在負極集流體上均勻噴上N-甲基吡咯烷酮后，將漿料均勻涂覆在負極集流體 上，經(jīng)干燥、碾壓后即得壓實密度為2~2. 3g/cm3鈦酸鋰負極極片。涂覆前噴上N-甲基吡 咯烷酮以使負極集流體表面保持濕潤狀態(tài)，從而提高漿料的涂布性能。
[0017] 因此，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0018] (1)采用涂碳鋁箔作為負極集流體，解決了鈦酸鋰材料加工性能差的問題，而且使 電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升；
[0019] (2)對負極材料的配方進行了優(yōu)化改進，不僅涂布性能好，而且保證了電池的整體 性能；
[0020] (3)將負極集流體置于乙醇中超聲振蕩30~40min，于70~80°C恒溫條件下烘烤 1~2h，大大提高了漿料與負極集流體之間的粘結(jié)效果，有效改善了漿料的涂布均勻性，有 利于電池性能的提升；
[0021] (4)制備方法工藝步驟簡單，可操作性強，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述。
[0023] 實施例1
[0024] -種鈦酸鋰負極極片,包括負極集流體和涂覆在負極集流體表面的負極材料,負 極集流體為具有雙面涂碳層的涂碳鋁箔，涂碳鋁箔上涂碳層單面厚度為1. 5 μ m，負極材料 由以下質(zhì)量百分比的組分組成：2%導(dǎo)電劑，8%粘結(jié)劑，90%鈦酸鋰，負極材料壓實密度為 2g/cm 3,其中，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、碳納米管、鱗狀石墨、氣相生長碳纖維中的一種或多種， 粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚酰胺或聚丙烯酸。
[0025] 該鈦酸鋰負極極片通過以下方法制備：
[0026] (1)按上述重量配比稱取鈦酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑后將各組分混合均勻，加入質(zhì)量 為鈦酸鋰、導(dǎo)電劑何粘結(jié)劑總質(zhì)量1倍的N-甲基吡咯烷酮后攪拌均勻，于真空條件下靜置 Ih，得漿料。
[0027] (2)將負極集流體置于乙醇中超聲振蕩30min后，于70°C恒溫條件下烘烤2h。
[0028] (3)在負極集流體上均勻噴上N-甲基吡咯烷酮后，將漿料均勻涂覆在負極集流體 上，經(jīng)干燥、碾壓后即得壓實密度為2g/cm 3的鈦酸鋰負極極片。
[0029] 實施例2
[0030] -種鈦酸鋰負極極片,包括負極集流體和涂覆在負極集流體表面的負極材料,負 極集流體為具有雙面涂碳層的涂碳鋁箔，涂碳鋁箔上涂碳層單面厚度為1 μ m，負極材料 由以下質(zhì)量百分比的組分組成：7%導(dǎo)電劑，6%粘結(jié)劑，87%鈦酸鋰，負極材料壓實密度為 2. lg/cm3,其中，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電碳黑、碳納米管、鱗狀石墨、氣相生長碳纖維中的一種或多 種，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚酰胺或聚丙烯酸。
[0031] 該鈦酸鋰負極極片通過以下方法制備：
[0032] (1)按上述重量配比稱取鈦酸鋰、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑后將各組分混合均勻，加入質(zhì)量 為鈦酸鋰、導(dǎo)電劑何粘結(jié)劑總質(zhì)量1. 2倍的N-甲基吡咯烷酮后攪拌均勻，于真空條件下靜 置1.5h，得漿料。
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