一种锂电池负极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂电池负极及其制备方法，涉及锂电池领域。一种锂电池负极的制备方法，其包括：用酸溶液调节钛酸锂粉末的水溶液pH值至10‑11，过滤得到滤渣，将滤渣于600‑700℃焙烧制得活性物质，将活性物质负载于集流体。集流体是具有三维多孔结构的铜片，铜片的相对的两个表面均匀地分布多个孔。本发明专利技术还提供一种锂电池负极，由上述的锂电池负极的制备方法制得。酸溶液改性钛酸锂可以得到不同pH但结构不变的钛酸锂材料，有利于抑制电池鼓胀。三维多孔结构的铜片的集流体能够为活性物质在充放电的过程中提供较多的缓冲空间，减小充放电过程中的体积应变，从而减少活性物质于电池中所占的质量和空间；进一步抑制电池鼓胀。

Negative electrode for lithium battery and preparation method thereof

The invention provides a negative electrode of a lithium battery and a preparation method thereof, relating to the field of lithium batteries. Method for preparing a lithium battery cathode comprises lithium titanate powder water solution pH regulation with acid solution to 10 11, filtering residue, the residue in the 600 700 C prepared active substances, the active substance in fluid load. The collecting fluid is a copper sheet with a three-dimensional porous structure, and the two opposite surfaces of the copper sheet are evenly distributed with a plurality of apertures. The invention also provides a negative pole of the lithium battery, which is prepared by the preparation method of the negative electrode of the lithium battery. Acid modification of lithium titanate can be different but the same structure pH lithium titanate material, can inhibit cell bulging. The fluid in the three-dimensional porous copper can provide more buffer space of active substances in the process of charging and discharging of the volume strain decreases the charge and discharge process, thereby reducing the active substances in batteries for quality and space; further inhibit cell bulging.

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池负极及其制备方法
本专利技术涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种锂电池负极及其制备方法。
技术介绍
在上世纪90年代早期，一些商业化的锂二次电池产品逐渐得到广泛应用，包括Li-TiS2，Li-MoS2，以及Li-LixMnO2。石墨被认为是接近完美的锂离子电池负极材料。但是，由于六个碳原子才能允许一个锂离子嵌入而形成化合物LiC6，导致石墨的比容量仅为372mAh/g。而且锂离子在碳材料的扩散速度介于10-12到10-6cm2/s之间，也会导致其比能量的降低。目前对锂离子电池负极材料主要包括碳系材料、非碳系材料。碳系材料主要包括碳纳米管(1100mAh/g)、碳纳米纤维(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)、过渡金属氧化物(500～1000mAh/g)。同时，金属硫化物、磷化物、氮化物等也被认为是潜在的负极材料，它们的比容量都超过了500mAh/g。零应变的钛酸锂被认为是更安全、寿命更长的负极材料，在混合电动汽车和风/光/电并网、智能电网等领域有独特的应用前景。但是，采用钛酸锂负极的锂离子电池在充放电及储存过程中极易发生气胀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂电池负极及其制备方法，其旨在改善现有的锂电池容易鼓胀的问题。本专利技术提供一种技术方案：一种锂电池负极的制备方法，其包括：用酸溶液调节钛酸锂粉末的水溶液至pH值10-11，过滤得到滤渣，将滤渣于600-700℃焙烧制得活性物质，将活性物质负载于集流体。集流体是具有三维多孔结构的铜片，铜片的相对的两个表面均匀地分布多个孔。本专利技术还提供一种锂电池负极，由上述的锂电池负极的制备方法制得。本专利技术实施例提供的锂电池负极及其制备方法的有益效果是：酸溶液调节钛酸锂粉末的水溶液至pH值10-11，过滤得到滤渣，将滤渣于600-700℃焙烧制得活性物质。可以得到不同pH但结构不变的改性钛酸锂材料，通过酸溶液改性钛酸锂，能较大程度地减少钛酸锂表面的碳酸锂、氢氧化锂、Ti-O等物质或官能团，有利于抑制电池鼓胀。三维多孔结构的铜片的集流体能够为活性物质在充放电的过程中提供较多的缓冲空间，减小充放电过程中的体积应变，从而减少活性物质于电池中所占的质量和空间；进一步抑制电池鼓胀。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供的锂电池负极的制备方法进行具体说明。一种锂电池负极的制备方法，其包括：用酸溶液调节钛酸锂粉末的水溶液至pH值10-11，过滤得到滤渣，将滤渣于600-700℃焙烧制得活性物质，将活性物质负载于集流体。集流体是具有三维多孔结构的铜片，孔形成于铜片的相对的两个表面且均匀分布。在本实施例中，上述钛酸锂为尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)。尖晶石结构的钛酸锂被称为“零应变材料”，在充放电过程中，锂离子嵌脱过程引起钛酸锂材料的晶胞参数a变化较小(从0.836nm增加到0.837nm)，体积应变小(小于1％)。此外，尖晶石结构的钛酸锂电压平台高，不会与电池中的电解液反应形成钝化膜，避免充放电过程中形成锂枝晶，且其平台容量超过总容量的85％，可指示充电结束，避免过充电，因此其安全性比碳负极材料高。另外，钛酸锂的锂离子扩散系数为2×10-8cm2/s，比通常的碳负极材料高1个数量级，高的扩散系数可使得钛酸锂制成的电负极实现快速、多次循环充电。但是由于尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)表面存在一定量的碳酸锂、氢氧化锂、MOH和路易斯酸位等，且尖晶石结构的钛酸锂比表面积大，极易吸附水和其他杂质，导致电池鼓胀。专利技术人研究发现，用酸溶液对钛酸锂中和处理，降低钛酸锂(Li4Ti5O12)表面的pH值，降低其表面碱性，能较大程度地减少钛酸锂表面的碳酸锂、氢氧化锂、Ti-O等物质或官能团，有利于抑制电池产气和电池鼓胀。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，采用酸溶液调节钛酸锂粉末的水溶液至pH值10.5，过滤得到滤渣，将滤渣于650℃焙烧6h制得活性物质，该焙烧过程无需保护气氛。在本专利技术较佳的实施例中，上述酸溶液为乙酸。优选地，乙酸的浓度为0.05-0.07mol/L。进一步地，上述钛酸锂粉末的水溶液中钛酸锂粉末的质量分数为8％-10％，优选地，钛酸锂粉末的质量分数为9％。需要说明的是，在本专利技术的其他实施例中，上述酸溶液也可为苯甲酸水溶液、乙二酸水溶液、丁二酸水溶液、丁烯酸水溶液、丙烯酸水溶液等弱酸水溶液中的一种；或者，上述酸溶液也可选自稀硫酸溶液、稀硝酸溶液等中的一种。进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)和LiOH·H2O为原料，在170-200℃下水热反应20h，然后将产物在马弗炉中经过600℃热处理得到最终样品。通过该水热法制备得到的Li4Ti5O12具有较大的比表面积。在0.1C充放电循环时的首次放电容量可以达到172.4mAh/g，其经过50次循环之后的放电容量为166.2mAh/g，容量保持率为96.4％，表现出良好的循环稳定性。需要说明的是，在本专利技术的其他实施例中，钛酸锂也可以通过高温固相、微波化学法、溶胶-凝胶法等制备方法制备。铜箔作为锂离子电池负极材料的集流体，它不仅仅是负极电子的传导体和收集体，还是负极活性物质的良好载体。三维多孔结构的铜片的集流体能够为活性物质在充放电的过程中提供较多的收纳孔，为活性物质提供缓冲空间，减少负极于电池中所占的质量和空间。活性物质与三维多孔结构的铜片的集流体实现更好的电接触，使活性物质在充放电过程中充分参与反应，从而提高锂离子的迁移速度。此外，由于三维多孔结构的表面粗糙度较大，增加了对活性物质的吸附力，从而减少了活性物质的脱落，整体提高了活性物质在充放电过程中的利用率，提高负极材料的充放电性能。优选地，在本专利技术中，上述三维多孔结构的铜片通过电解制备而成，电解的方法包括：由铜片为阳极、镍片为阴极，铜片与镍片间距为4～5cm，以含有0.2-0.4mol/L的CuSO4、1.0-2.0mol/L的H2SO4的溶液为电解液电解。在电解过程中，采用直流电源以及较大的电流，使电解液中的H+能够快速得电子，该方法能获得具有独特的微观结构、极大的表面积、且孔径大小均匀的多孔状铜薄膜。孔径大小均匀、且孔的分布均匀，充放电过程中，增大锂离子迁移扩散速度，对活性物质更好的吸附；同时也为活性物质的体积膨胀提供了较好的缓冲空间。优选地，上述CuSO4的浓度为0.3mol/L，H2SO4的浓度为1.5mol/L，铜片与镍片的间距为4cm。本专利技术还提供一种由上述锂电池负极的制备方法制得的锂电池负极。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种锂电池负极，通过以下步骤制得：三维多孔结构的铜片的制备：配置0.2mol/LCuSO4溶液，再往其中加入浓硫酸，使硫酸浓度控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池负极的制备方法，其特征在于，其包括：用酸溶液调节钛酸锂粉末的水溶液至pH值10‑11，过滤得到滤渣，将所述滤渣于600‑700℃焙烧制得活性物质，将所述活性物质负载于集流体，所述集流体是具有三维多孔结构的铜片，所述铜片相对的两个表面均匀地分布多个孔。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池负极的制备方法，其特征在于，其包括：用酸溶液调节钛酸锂粉末的水溶液至pH值10-11，过滤得到滤渣，将所述滤渣于600-700℃焙烧制得活性物质，将所述活性物质负载于集流体，所述集流体是具有三维多孔结构的铜片，所述铜片相对的两个表面均匀地分布多个孔。2.根据权利要求1所述的锂电池负极的制备方法，其特征在于，所述酸溶液为乙酸水溶液、苯甲酸水溶液、硝酸水溶液、丙烯酸水溶液、丁烯酸水溶液中的一种。3.根据权利要求2所述的锂电池负极的制备方法，其特征在于，所述酸溶液为乙酸水溶液，所述乙酸水溶液的浓度为0.05-0.07mol/L。4.根据权利要求3所述的锂电池负极的制备方法，其特征在于，所述钛酸锂粉末的水溶液中所述钛酸锂粉末的质量分数为8％-10％。5.根据权利要求1所述的锂电池负极的制备方法，其特征在于，于600-700℃焙烧所述滤渣的时间为6h。6.根据权利要求1所述的锂电池负极的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊永莲，侯全会，陈玉炜，严军，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32