用于钛酸锂电池的改性阴极材料及钛酸锂电池制造技术

本发明专利技术提供了一种成本较低、环境友好的用于钛酸锂电池的改性阴极材料及钛酸锂电池。本发明专利技术的用于钛酸锂电池的改性阴极材料，包括基材和包覆在基材外表面的包覆层，所述基材为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或尖晶石镍锰材料中的一种或几种；所述包覆层为LiCoO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、TiO2、CoO或Co2O3中的一种。本发明专利技术的用于钛酸锂电池的改性阴极材料及钛酸锂电池，通过包覆层材料与基材材料结合，再与钛酸锂阳极材料组成电池后，可大大改善电池循环性能及高温性能，抑制电池内部胀气现象。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术涉及一种锂电池材料及锂电池，尤其是一种用于钛酸锂电池的改性阴极材 料及钛酸锂电池。
技术介绍
目前商品化的锂离子电池负极材料大多是嵌锂碳材料，由于嵌锂后碳电极的电位 与金属锂的电位很接近，当电池过充及低温充电时，碳电极表面易析出金属锂，它与电解液 反应产生可燃气体混合物，因而给电池、特别是动力电池造成很大的安全隐患。同时，石墨 电极还存在电解液的共嵌入问题，这也将影响电极的循环稳定性。 钛酸锂材料是一种高性能的锂二次电池负极材料。在Li嵌入或脱出过程中，晶 型不发生变化，体积变化小于1%，因此被称为"零应变材料"，能够避免充放电循环中由于 电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，具有比碳 负极更优良的循环性能。而且钛酸锂材料电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂 电池的安全提供了基础，被认为可彻底解决锂电池的安全性。Li4Ti5O12相对于锂电极的电 位为I. 55V，理论比容量为175mAh/g，实际比容量150~160mAh/g。在25°C下，Li4Ti5O 1^ 化学扩散系数为2 X 10 scm2/S，比碳负极材料中的扩散系数大一个数量级，高的扩散系数使 得该负极材料可以快速、多循环充放电。但是，人们发现以钛酸锂为负极的电池在循环尤其 是高温时容易胀气，此种现象在铝塑膜包装电池和方形电池上尤为明显。 钛酸锂作为阳极材料，可以与多种阴极材料形成不同的电池体系。尤其是使用镍 酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、尖晶石镍锰材料时，由于这类阴极材料都具有较高的克容 量或电位，因此电池的整体能量密度较高，同时上述材料不含或仅含有少量的钴元素，因此 材料资源相对丰富，无毒，对环境友好，同时电池成本较低。如使用钴酸锂（LiCoO2)材料，电 池的能量密度较高，电化学性能优异，但由于含有较多的钴元素，资源受限，价格昂贵，同时 钴有一定的毒性。实践中发现，使用镍酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、尖晶石镍锰材料时， 电池在循环尤其是高温下均会有明显的产气问题。 因此，迫切需要寻找合适的电池体系及工艺方法从而解决钛酸锂电池的气胀问 题。目前，解决钛酸锂电池气胀的方法多集中在钛酸锂材料、电解液以及电池化成工 艺等方面。
技术实现思路
本专利技术提供了一种成本较低、环境友好的用于钛酸锂电池的改性阴极材料及钛酸 锂电池。 实现本专利技术目的之一的用于钛酸锂电池的改性阴极材料，包括基材和包覆在基材 外表面的包覆层，所述基材为镍钴锰酸锂（即三元材料，NCM)、镍钴铝酸锂（即NCA)或尖晶石 镍猛材料（LiNia5Mn1^O4)中的一种或几种； 所述包覆层为 LiCo02、A1203、Zr02、ZnO、Ti0 2、CoO 或 Co2O3中的一种。 所述包覆方法为化学沉淀法、溶胶-凝胶法或机械融合法。 所述包覆层的厚度为l~30nm〇 实现本专利技术目的之二的钛酸锂电池，包括阳极材料和阴极材料，所述阳极材料为 钛酸锂，所述阴极材料包括基材和包覆在基材外表面的包覆层，所述基材为镍钴锰酸锂（即 三元材料，NCM)、镍钴铝酸锂（即NCA)或尖晶石镍锰材料（LiNia5Mr^5O 4)中的一种或几种； 所述包覆层为 LiCo02、A1203、Zr02、ZnO、Ti0 2、CoO 或 Co2O3中的一种。 所述包覆方法为化学沉淀法、气相沉积法或机械融合法。 所述包覆层的厚度为l~30nm〇 本专利技术的用于钛酸锂电池的改性阴极材料及钛酸锂电池的有益效果如下： 本专利技术的用于钛酸锂电池的改性阴极材料及钛酸锂电池，通过包覆层材料与基材材料 结合，再与钛酸锂阳极材料组成电池后，可大大改善电池循环性能及高温性能，抑制电池内 部胀气现象。【具体实施方式】 实施例1 : 本实施例的钛酸锂电池，阴极材料包括基材和包覆在基材外表面的包覆层，基材选用 三元材料，即NCM，LiNixMnyCozO2，此实施例中，x=0. 5, y=0. 3, z=0. 2,基材用机械融合法包覆 LiCoO2。包覆层厚度为10nm。 阴极片制备：以包覆后的NCM为电池阴极材料，与导电炭黑（Super-P)、导电石墨 (KS6)、PVDF按照92. 5 :3 :1. 5 :3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到阴极浆料。 将浆料涂布在15 μ m的铝箱上，干燥，冷压，得到压实密度为3.0 g/cm3的极片，再经过裁 片、焊接极耳，得到阴极片。 阳极片制备：将钛酸锂、导电碳黑（Super-P)、PVDF 93 : 4 : 3:的重量比例混合 在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到阳极浆料。将浆料涂布在15 μ m的铝箱上，干燥，冷压，得到 压实密度为1.8 g/cm3的极片，再经过裁片、焊接极耳，得到阳极片。 电解液制备：碳酸甲乙酯（EMC)、碳酸二乙酯（DEC)、碳酸乙烯酯（EC)按照质量比 I : I : 1的比例混合均匀，加入浓度为IM六氟磷酸锂（LiPF6)作为溶质，然后再加入总 重量的2 wt %碳酸亚乙烯酯（VC)，总重量的I wt %丙磺酸内酯（PS)，制成电解液。 锂离子电池的制备：将阴极片、阳极片和20μπι厚聚烯烃多孔隔膜按次序组装成 电芯，用铝塑薄膜封装电池，并留下注液口。然后从注液口灌注电解液，再经过化成、分容等 工序制得型号为7268128(厚度为7. 2mm、宽度68mm、长度128mm)的锂离子电池。 对比例1 :与实施例1不同的是所用的阴极材料为未经包覆处理的同类型三元材 料。其余同实施例1，这里不再赘述。 实施例2 : 本实施例的钛酸锂电池，阴极材料包括基材和包覆在基材外表面的包覆层，基材选用 镍钴铝酸锂NCA，LiNilxyCoxAlyO2，此实施例中，x=0. 15, y=0. 05,基材用化学沉淀法包覆 Al2O3,包覆层厚度为IOnm0 阴极片制备：以包覆后的NCA为电池阴极材料，与导电炭黑（Super-P)、导电石墨 (KS6)、PVDF按照92. 5 :3 :1. 5 :3重量比例混合在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到阴极浆料。将 浆料涂布在15 μm的铝箱上，干燥，冷压，得到压实密度为3. 5g/cm3的极片，再经过裁片、 焊接极耳，得到阴极片。 阳极片制备：将钛酸锂、导电碳黑（Super-P)、PVDF 93 : 4 : 3:的重量比例混合 在NMP溶剂中，搅拌均匀，得到阳极浆料。将浆料涂布在15 μ m的铝箱上，干燥，冷压，得到 压实密度为1.8g/cm3的极片，再经过裁片、焊接极耳，得到阳极片。 电解液制备：同实施例1。 锂离子电池的制备：同实施例1。 对比例2 :与实施例2不同的是所用的阴极材料为未经包覆处理的同类型NCA。其 余同实施例2,这里不再赘述。 实施例3 : 本实施例的钛酸锂电池，阴极材料包括基材和包覆在基材外表面的包覆层，基材选用 LiNia5Mnh5O4，基材用机械融合法包覆ZrO2，包覆层厚度为20nm。 阴极片制备：以包覆后的LiNia5Mn1^O4S电池阴极材料，与导电炭黑（Super-P)、 导电石墨（KS6)、PVDF按照91 :3.当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钛酸锂电池的改性阴极材料，包括基材和包覆在基材外表面的包覆层，所述基材为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或尖晶石镍锰材料中的一种或几种；所述包覆层为LiCoO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、TiO2、CoO或Co2O3中的一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董红玉，李继刚，侯春霞，李保鹏，张会双，杨涛，尹艳红，杨书廷，
申请(专利权)人：河南师范大学，河南锂动电源有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41