一种电池负极材料及使用该电池负极材料的负极片的制备方法技术

一种电池负极材料及使用该电池负极材料的负极片的制备方法，所述电池负极材料包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂。所述功能性添加剂为碳酸锂和钛酸钡锡的混合物，其中碳酸锂和钛酸钡锡的摩尔比为0.01～0.05：1，钛酸钡锡中的锡与钡的摩尔比为0.03～0.1：1，所述功能性添加剂占负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂总重量的0.5％～5％。在负极材料中同时加入碳酸锂和钛酸钡锡后会在负极材料表面形成一层保护膜，当局部温度瞬间过高时，该保护膜的电阻值瞬间增大成为绝缘保护层，一方面该绝缘保护层可以阻止电流导通，形成开路，另一方面该绝缘保护层可以防止电芯继续反应产生更多热量，从而避免因热量剧增引起的燃烧和爆炸。

【技术实现步骤摘要】
一种电池负极材料及使用该电池负极材料的负极片的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料领域，特别是一种电池负极材料及使用该电池负极材料的负极片的制备方法。
技术介绍
高镍三元材料因其高能量密度而受到越来越多的关注，但是因为镍含量的增加，材料的稳定性变差，锂电池的安全性能也越差，因此高镍锂离子电池的安全性能是一个亟待解决的问题。其中锂离子电池的针刺安全性能至关重要，目前提高锂离子电池针刺安全性能的技术主要是在电芯的界面涂覆绝缘涂层，如在隔膜的表面涂覆三氧化二铝、氧化硅、二氧化钛及氧化镁等各种陶瓷材料。虽然此技术在一定程度上可以改善锂离子电池的安全性能，但是，针刺过程中不能完全避免正负极直接与钢针接触而发生失效的情况，同时在电芯界面涂覆绝缘涂层需要增加相应的工序和对应的加工设备，增加了制备成本。针刺过程中会出现如下四种不同的短路方式：第一，正极铝集流体与负极铜集流体短路，此种情况类似于外部短路，不着火，当电池容量增加到相当大时，集流体本身能够承受的短路电流将使铝集流体融化；第二，正极铝集流体与负极石墨膜片短路，此种情况着火，因为接触电阻小，通过的电流很大，容易在短时间内使负极的温度升高到足够引起LixC6和电解液、粘结剂到反应，从而导致电池热失控而着火燃烧；第三，正极膜片与负极铜集流体短路，此种情况不着火，因为接触电阻大，并且热稳定性好，整个过程电池能力释放缓慢；第四，正极膜片与负极石墨膜片短路，此种情况不着火，因为正负极膜片的接触电阻很大，产生的热量不足以使温度剧烈上升到足够引起负极的热失控。因此，在针刺过程中防止正极铝集流体和负极膜片短路显得更为重要专利技术内容有鉴于此，本专利技术提供了一种可提高负极片的针刺安全性能的电池负极材料及使用该电池负极材料的负极片的制备方法，以解决上述技术问题。一种电池负极材料，其包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂。所述功能性添加剂用于提高该电池负极材料的针刺安全性能。该功能性添加剂为碳酸锂和钛酸钡锡的混合物，其中碳酸锂和钛酸钡锡的摩尔比为0.01～0.05：1，钛酸钡锡中的锡与钡的摩尔比为0.03～0.1：1，所述功能性添加剂占负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂总重量的0.5％～5％。进一步地，所述碳质负极活性材料为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和热解树脂碳中的至少一种。进一步地，所述导电剂是天然鳞片石墨、微晶石墨、石墨烯、SuperP、碳纳米管或导电碳黑。进一步地，所述增稠剂为羧甲基纤维素纳。进一步地，所述粘结剂为聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、丁苯橡胶乳、聚氧化乙烯或改性了聚烯烃类化合物。进一步地，所述溶剂为水。进一步地，所述功能性添加剂的含量占总重量的1％～3％。一种使用电池负极材料的负极片的制备方法，其特征在于包括下列步骤：S1：将碳质负极活性材料、导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂、功能性添加剂进行备料，其中所述功能性添加剂用于提高该电池负极材料的针刺安全性能，该功能性添加剂为碳酸锂和钛酸钡锡的混合物，其中碳酸锂和钛酸钡锡的摩尔比为0.01～0.05：1，钛酸钡锡中的锡与钡的摩尔比为0.03～0.1：1，所述功能性添加剂占负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂总重量的0.5％～5％；S2：将所述碳质负极活性材料和导电剂进行干混，混合均匀后加入所述溶剂的20％～40％再进行混合均匀；S3：将所述增稠剂加入到由步骤S2所制得的混合物中，并向其中补充所述溶剂的20％～40％的溶剂，然后再高速搅拌下混合均匀；S4：将所述粘结剂、剩余的溶剂、以及功能性添加剂加入到由步骤S3所制得的混合物中，高速搅拌均匀形成负极浆料；以及S5：将由步骤S4制得的负极浆料进行涂布、烘干以及辊压后形成负极片。进一步地，所述功能性添加剂的含量占负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂总重量的1％～3％。进一步地，在步骤S2中搅拌条件为在500～2000rpm公转或/和自转下搅拌20分钟至12小时。与现有技术相比，在负极材料中同时加入碳酸锂和钛酸钡锡后，两种物质协同作用，当发生针刺短路的时候无论出现哪种短路情况均不会出现燃烧爆炸现象。因为当电芯内部发生短路的时候，接触电阻相对较小从而导致电流过大在短时间内温度过高，从而引起燃烧和爆炸。加入所述功能性添加剂后，添加剂会在负极材料表面形成一层保护膜，当局部温度瞬间过高时，该保护膜的电阻值瞬间增大成为绝缘保护层，一方面该绝缘保护层可以阻止电流导通，形成开路，另一方面该绝缘保护层可以防止电芯继续反应产生更多热量，从而避免因热量剧增引起的燃烧和爆炸。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本专利技术实施例的说明并不用于限定本专利技术的保护范围。本专利技术提供的一种电池负极材料，其包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂。可以想到的是，在现有技术中，通常所使用的电池负极材料都包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，且其各组份的重量比也是为本领域技术人员所习知。在本实施例中，仅举一个例子来说明本专利技术。所述碳质负极活性材料可以为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和热解树脂碳中的至少一种，其粒度范围为10～30微米，石墨化度为90％以上。所述导电剂可以为天然鳞片石墨、微晶石墨、石墨烯、SuperP、碳纳米管或导电碳黑。所述增稠剂可以为羧甲基纤维素纳。所述粘结剂可以为聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、丁苯橡胶乳、聚氧化乙烯或改性了聚烯烃类化合物。所述功能性添加剂用于提高该电池负极材料的针刺安全性能。该功能性添加剂为碳酸锂和钛酸钡锡的混合物，其中碳酸锂和钛酸钡锡的摩尔比为0.01～0.05：1，钛酸钡锡中的锡与钡的摩尔比为0.03～0.1：1，所述功能性添加剂占负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂总重量的0.5％～5％。优选地，所述功能性添加剂的含量占负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂总重量的1％～3％。该功能添加剂可以在负极材料表面生成一种薄而致密的固体电解质相界面膜，该固体电解质相界面膜可以有效地防止溶剂和锂离子共嵌以及碳负极材料层的剥落，同时该功能性添加剂中的碳酸锂还是固体电解质相界面膜的组成成分，加入碳酸锂可以减少因生成固体电解质相界面膜而产生的气体，提高电池的安全性能。所述功能性添加剂中的钛酸钡锡具有良好的电子电导率和离子电导率，可以降低固体电解质相界面膜的阻抗，减小极化，减少锂离子的消耗，从而提高锂离子电池的倍率性能、循环性能和首次效率。根据上述的材料名称及重量份进行备料，然后制备所述的负极片。具体包括下列步骤：S1：将碳质负极活性材料、导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂、功能性添加剂进行备料，其中所述功能性添加剂用于提高该电池负极材料的针刺安全性能，该功能性添加剂为碳酸锂和钛酸钡锡的混合物，其中碳酸锂和钛酸钡锡的摩尔比为0.01～0.05：1，钛酸钡锡中的锡与钡的摩尔比为0.03～0.1：1，所述功能性添加剂负极活性物质、导电剂、增稠剂和粘结剂占总重量的0.5％～5％；S2：将所述碳质负极活性材料和导电剂进行干混，混合均匀后加入所述溶剂的20％～40％再进行混合均匀；S3：将所述增稠剂加入到由步骤S2所制得的混合物中，并向其中补充所述溶剂的20％～40％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池负极材料，其特征在于：所述电池负极材料包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂，所述功能性添加剂用于提高该电池负极材料的针刺安全性能，该功能性添加剂为碳酸锂和钛酸钡锡的混合物，其中碳酸锂和钛酸钡锡的摩尔比为0.01～0.05：1，钛酸钡锡中的锡与钡的摩尔比为0.03～0.1：1，所述功能性添加剂占总重量的0.5％～5％。

【技术特征摘要】
1.一种电池负极材料，其特征在于：所述电池负极材料包括碳质负极活性材料，导电剂、增稠剂、粘结剂、溶剂，以及功能性添加剂，所述功能性添加剂用于提高该电池负极材料的针刺安全性能，该功能性添加剂为碳酸锂和钛酸钡锡的混合物，其中碳酸锂和钛酸钡锡的摩尔比为0.01～0.05：1，钛酸钡锡中的锡与钡的摩尔比为0.03～0.1：1，所述功能性添加剂占总重量的0.5％～5％。2.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述碳质负极活性材料为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和热解树脂碳中的至少一种。3.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述导电剂是天然鳞片石墨、微晶石墨、石墨烯、SuperP、碳纳米管或导电碳黑。4.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述增稠剂为羧甲基纤维素纳。5.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述粘结剂为聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、丁苯橡胶乳、聚氧化乙烯或改性了聚烯烃类化合物。6.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述溶剂为水。7.如权利要求1所述的电池负极材料，其特征在于：所述功能性添加剂的含量占总重量的1％～3％。8.一种使用电池负极材料的负极片的制备方法：其特征在于包括下列步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛玉琴，韩珽，杨张萍，
申请(专利权)人：海宁聚兴新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33