一种钛酸锂基锂离子电池负极、锂离子电池及其化成方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸锂基锂离子电池负极，它由集流体和涂敷在该集流体上的负极材料构成，所述负极材料由钛酸锂类活性物质、导电剂、粘结剂和添加剂组成；所述添加剂首次充电的锂离子接收能力为所述钛酸锂类活性物质的2倍以上，其添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％‑4wt％。本发明专利技术能保证正极容量充分发挥，从而提高电池的设计容量。本发明专利技术中的添加剂使用首周充放电效率小于50％的物质，可以将其所吸收的锂离子大部分固定、不参与后续的充放电循环，从而减轻或消除所述添加剂的体积反复膨胀收缩现象，改善由此导致的电极结构破坏，具有更好的循环寿命特性，相应的，本发明专利技术还提供一种采用上述的钛酸锂基锂离子电池负极的锂离子电池及其化成方法。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂基锂离子电池负极、锂离子电池及其化成方法
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种钛酸锂基锂离子电池负极、锂离子电池及其化成方法。
技术介绍
近年来，随着智能移动终端的普及以及资源、环境保护等原因的促进，锂离子电池在可携带电子产品、电动工具、储能以及电动汽车等领域获得了广泛的应用。钛酸锂作为一款在锂离子插入/脱出过程中接近零应变的材料，具有循环寿命超长的优势；由于其锂离子固相扩散速度较快，因此具有低温性能、倍率性能优秀的特点；另外由于锂插入钛酸锂的电位较高，作为负极使用时不容易生成锂枝晶，从而安全性比石墨类负极材料高。因此，钛酸锂作为负极的电池成为动力储能电池的关注热点。从与钛酸锂负极相配合的正极来看，过去较多使用钴酸锂或锰酸锂材料，这些材料的特点是首周充放电效率较高，与钛酸锂负极的首周充放电效率相当，因此采用负极正极容量比＝1.0的比例将能够保证电池发挥最大的容量和较好的循环及安全特性。另一方面，以镍钴锰氧化物锂盐/镍钴铝氧化物锂盐为代表的三元正极材料具有更高的比容量、优秀的循环特性和合适的性价比等优点，今年来已经开始与钛酸锂负极相匹配制成电池。如CN104282935A公开了一种具有高能量密度的不规则型三元材料-钛酸锂电池，并建议正(负)极活性物质的质量比优选地为1(对111的NCM材料来说，相当于负极正极容量比1.0；对其他三元材料负极正极容量比将低于1.0)；CN102074731公开了一种锰酸锂和镍钴锰三元材料混合的正极与钛酸锂构成的电池，其中三元材料和锰酸锂的比例为30：70。由于三元正极材料中镍元素和锂元素在晶格中容易产生混排现象，导致其首周充放电效率偏低(90％左右)。与首周充放电效率接近100％的钛酸锂负极搭配时，首周充电过程正极中脱出的不可逆部分之锂离子会占据钛酸锂中的活性储锂位点，因此，如果按照正极全部充分利用的设计，应采用至少1.10的负极正极容量比。这种设计多用了10％的钛酸锂材料，而且这部分材料占据的空间又使得电池设计容量偏低；另一方面，如果采用1.00的负极正极容量比，则正极充电到90％左右负极已经满电态，即正极利用率只有90％，同样也导致电池设计容量偏低，而且如果电路失控等意外发生时产生的过充电可能导致析锂引起安全事故。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钛酸锂基锂离子电池负极及采用该钛酸锂基锂离子电池负极的锂离子电池。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种钛酸锂基锂离子电池负极，它由集流体和涂敷在该集流体上的负极材料构成，所述负极材料由钛酸锂类活性物质、导电剂、粘结剂和添加剂组成；所述添加剂首次充电的锂离子接收能力为所述钛酸锂类活性物质的2倍以上，其添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％-4wt％。进一步地，所述添加剂对锂离子首周充放电效率小于50％。进一步地，所述添加剂为碳材料、硅、硅氧化物、锡、锡氧化物、过渡金属氧化物中的一种或数种。进一步地，所述的碳材料采用硬碳、软碳、石墨、石墨烯的一种或几种。进一步地，所述的硅氧化物为氧化亚硅、多氧化硅中的一种或几种。进一步地，所述的锡氧化物为氧化亚锡、二氧化锡中的一种或几种。进一步地，所述的过渡金属氧化物为铁的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、钨的氧化物、钛的氧化物、钒的氧化物、锰的氧化物、铜的氧化物中的一种或几种。一种锂离子电池，它采用如上述方案所述的钛酸锂基锂离子电池负极。一种采用上述的钛酸锂基锂离子电池负极的锂离子电池的化成方法：至少有一次充电电压V满足Vmax-1.3伏特<V≤Vmax，所述Vmax为正极材料相对金属锂的最高允许充电电压。本专利技术的有益效果在于：1、当所述钛酸锂基锂离子电池负极与三元材料一类的低首周效率正极组成电池时，化成过程中首周充电期间，所述添加剂可以接受比钛酸锂类活性物质更多的由正极迁移来的锂离子，从而即便是在较小的负极过量比条件下也能保证正极容量充分发挥，从而提高电池的设计容量。2、所述的添加剂的添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％-4wt％；如果添加量太少，由于其吸收正极迁移过来锂离子的比例太少，从而改善正极容量发挥的效果不大；如果添加量太大时，由于添加剂本身也占据空间，将使得提高电池设计容量的效果不大甚至可能降低电池的设计容量。3、由于所述添加剂本身可能也是具有锂离子插入/脱出能力的活性材料，如果在电池的充放电过程添加剂中的锂离子也参与插入/脱出，将可能随锂离子的出入所述添加剂的体积反复膨胀收缩，从而导致电极结构受到破坏。因此所述添加剂使用首周充放电效率小于50％的物质，可以将其所吸收的锂离子大部分固定、不参与后续的充放电循环，从而减轻或消除所述添加剂的体积反复膨胀收缩现象，改善由此导致的电极结构破坏，具有更好的循环寿命特性。4、因为钛酸锂负极电位比金属锂高1.55V左右，通常化成的最高充电电压为正极对金属锂的最高充电Vmax-1.55V。对所述添加剂来说，这个电压条件下锂离子可能尚不足以插入，因此化成过程至少有一次电压U满足Vmax-1.3伏特<V≤Vmax，可以使得锂离子插入并固定在所述添加剂中，从而起到良好的效果。具体实施方式本专利技术公开了一种钛酸锂基锂离子电池负极，它由集流体和涂敷在该集流体上的负极材料构成，所述负极材料由钛酸锂类活性物质、导电剂、粘结剂和添加剂组成；所述添加剂首次充电的锂离子接收能力为所述钛酸锂类活性物质的2倍以上，其添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％-4wt％。作为优选方案所述添加剂对锂离子首周充放电效率小于50％。作为优选方案，所述添加剂为碳材料、硅、硅氧化物、锡、锡氧化物、过渡金属氧化物中的一种或数种。作为优选方案，所述的碳材料采用硬碳、软碳、石墨、石墨烯的一种或几种。作为优选方案，所述的硅氧化物为氧化亚硅、多氧化硅中的一种或几种。作为优选方案，所述的锡氧化物为氧化亚锡、二氧化锡中的一种或几种。作为优选方案，所述的过渡金属氧化物为铁的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、钨的氧化物、钛的氧化物、钒的氧化物、锰的氧化物、铜的氧化物中的一种或几种。一种锂离子电池，它采用如上述方案中的钛酸锂基锂离子电池负极。一种采用上述的钛酸锂基锂离子电池负极的锂离子电池的化成方法：至少有一次充电电压V满足Vmax-1.3伏特<V≤Vmax，所述Vmax为正极材料相对金属锂的最高允许充电电压。下面结合具体实施例及对比例(以18650锂离子电池的制作为例)详细说明本专利技术的内容。实施例1(本实施例中所述添加剂的添加量约为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％)锂离子电池负极制作：在550mLNMP中加入13.5gPVDF，充分搅拌溶解；加入4.5g导电炭黑搅拌30分钟；加入449.1g钛酸锂材料(容量165mAh/g),0.9g市售氧化亚硅粉末(半电池实测首次充电容量2380mAh/g，首周效率33.7％)，搅拌60分钟。将得到的浆料涂布在厚度20微米的铝箔上面，120度烘箱烘干，涂布增重为220g/m2(两面)。按密度2.0进行压实，裁成57mm的宽度。锂离子电池的制作：在350mLNMP中加入12gPVDF，充分搅拌溶解；加入12g导电炭黑搅拌30分钟；加入800g市售NMC622三元正极材料(容量165m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂基锂离子电池负极，它由集流体和涂敷在该集流体上的负极材料构成，所述负极材料由钛酸锂类活性物质、导电剂、粘结剂和添加剂组成；其特征在于：所述添加剂首次充电的锂离子接收能力为所述钛酸锂类活性物质的2倍以上，其添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％‑4wt％。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂基锂离子电池负极，它由集流体和涂敷在该集流体上的负极材料构成，所述负极材料由钛酸锂类活性物质、导电剂、粘结剂和添加剂组成；其特征在于：所述添加剂首次充电的锂离子接收能力为所述钛酸锂类活性物质的2倍以上，其添加量为所述钛酸锂类活性物质的0.2wt％-4wt％。2.根据权利要求1所述的钛酸锂基锂离子电池负极，其特征在于：所述添加剂对锂离子首周充放电效率小于50％。3.根据权利要求1或2所述的钛酸锂基锂离子电池负极，其特征在于：所述添加剂为碳材料、硅、硅氧化物、锡、锡氧化物、过渡金属氧化物中的一种或数种。4.根据权利要求3所述的钛酸锂基锂离子电池负极，其特征在于：所述的碳材料采用硬碳、软碳、石墨、石墨烯的一种或几种。5.根据权利要求3所述的钛酸锂基锂离子电池负...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵前永，赵文娟，叶征成，梁海涛，张茜，陈瑶，高学锋，吴江峰，
申请(专利权)人：上海德朗能动力电池有限公司，德朗能张家港动力电池有限公司，宁波奉化德朗能动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31