一种钛酸锂负极电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸锂负极电极的制备方法，包括如下步骤：将钛酸锂负极材料、粘结剂、导电剂在高速剪切搅拌条件下进行均匀混合，待其混合均一后将其转移至高电压喷雾装置中，调节所述高电压喷雾装置的电压，在惰性气体的转移下将上述混合物均匀喷涂在腐蚀铝箔上；紧接着，将所得电极在高温碾压机上进行碾压，冲切后获得钛酸锂负极电极。本发明专利技术中制备过程无空气水分接触的方式制备钛酸锂负极电极，极大地降低了钛酸锂负极电极制备过程水分的引入，抑制了电解液遇水的分解，从而降低了钛酸锂电池的胀气问题，提高了钛酸锂电池的高温循环与高温存储性能。同时，本发明专利技术具有制备方法简单，容易操作，无有机溶剂使用等优点，非常适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂负极电极的制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种钛酸锂负极电极的制备方法，以及使用该钛酸锂负极电极的锂离子电池。
技术介绍
随着国家“十三五规划”、“中国制造2025”等重大项目的实施，“绿色化”、“智能化”的储能器件成为了传统产业转型、升级重要产品。众多储能器件中，锂离子电池由于具有比能量高、无记忆效应、循环寿命长等突出优势，成为了新能源产业的重点发展方向。与此同时，具有“安全系数高”、“充放电速度快”、“使用寿命长”、“工作温度宽”等突出优势的锂离子电池成为了新能源汽车、智能电网、重型机械等节能环保领域的核心部件。在众多锂离子电池储能材料中，负极活性材料对于锂离子电池的安全性、快充性能以及使用寿命等方面具有重要影响。现阶段，负极材料主要包括有石墨类材料(包括人造石墨、软炭、硬炭、MCMB等)、钛酸锂和锡硅合金材料等。在众多材料中，具有尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)由于具有循环寿命长(大于1万次)、安全性高(vs1.55VLi/Li+，避免了SEI膜的生成和锂枝晶的析出)、低温性能好(-30℃能够正常工作)等突出优势成为了动力型锂离子电池的重点发展方向。但是，由于钛酸锂材料表面容易吸水产气、高价钛(Ti4+离子)容易催化碳酸酯类电解液溶剂分解产气等原因，使得该类电池容易出现胀气现象。针对于钛酸锂产气原因，不少专利(CN102055020A、CN102867990A、CN103904332A等)通过钛酸锂表面保护炭材料、电解液中加入有机硼酸盐或硼基化合物等方式来抑制气体产生。尽管上述方法能够降低钛酸锂电池的产气量，但是却不能从根本上解决这个问题。针对这个问题，有关研究表明原材料以及制备过程的水份含量对最终电池的胀气情况、高温循环、高温储存等均有重要影响，因此钛酸锂电池的低水分含量电极制备过程至关重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无水分引入的钛酸锂负极电极的制备方法，克服现有钛酸锂电池容易胀气的缺陷。本专利技术钛酸锂负极电极的制备方法减少钛酸锂负极电极的水分含量，从而改善钛酸锂电池的胀气问题，提升电池的高温性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术手段为：一种钛酸锂负极电极的制备方法，包括如下步骤：将钛酸锂负极材料、粘结剂、导电剂在高速剪切搅拌条件下进行均匀混合，待其混合均一后将其转移至高电压喷雾装置中，调节高电压喷雾装置的电压，在惰性气体的转移下将上述混合物均匀喷涂在腐蚀铝箔上；紧接着，将所得电极在高温碾压机上进行碾压，冲切后获得钛酸锂负极电极。将上述所得钛酸锂负极电极、隔膜、金属氧化物正极按照“Z型”叠片方式进行电芯组装，经干燥、注液、密封后获得10Ah容量的钛酸锂电池。优选地，所述钛酸锂负极材料为球形纯钛酸锂、纯钛酸锂、包炭钛酸锂、钛酸锂/石墨烯复合物中的任意一种，进一步优选为球形纯钛酸锂；并且，所述钛酸锂负极材料粒径为500～5000nm。优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)，进一步优选为相对分子量在90万以上的PVDF。优选地，所述导电剂为科琴黑或乙炔黑。优选地，所述钛酸锂负极材料、粘结剂、导电剂质量比为80～92:5～10:3～10。上述技术方案中，所述高温剪切搅拌是在高速剪切混合单元中进行，其目的在于将所述钛酸锂负极材料、所述粘结剂、所述导电剂分散，实现均匀混合；优选地，所述高速剪切混合单元为高速剪切分散机。优选地，所述高温剪切搅拌条件为温度100～150℃，搅拌转速3000～8000rpm。上述技术方案中，所述高电压喷雾装置包括喷雾装置和在所述喷雾装置内部设置的高电压发生装置；所述喷雾装置包括喷雾器腔体和喷嘴，在所述喷雾器腔体内部平行设置上电极和下电极形成所述高电压发生装置；所述上电极和所述下电极通过导线与所述喷雾器腔体外部的高压电源(未图示)相连。优选地，所述高电压喷雾装置为高电压喷雾器。优选地，所述高电压喷雾装置电压为10～30kV，进一步优选为15～25kV。优选地，所述惰性气体为氩气、氦气、氮气中的任意一种，进一步优选为氩气。优选地，所述喷涂时的喷雾速率为1～5L/min。优选地，所述高温碾压机工作温度为100～150℃。优选地，所述钛酸锂负极电极冲切后的厚度为200～260μm。优选地，所述金属氧化物正极电极为锰酸锂电极或镍钴锰三元电极。本专利技术工艺流程为：钛酸锂负极材料、粘结剂、导电剂在高速剪切混合单元内进行均匀混合，形成均一的混合物，所述混合物在进气管中载流气(惰性气体)的带动下，通过排气管进入喷雾器腔体，调节所述喷雾器腔体中的高电压发生装置的电压，将所述混合物中的水分完全分解，同时实现粘结剂活性的激化。所述混合物在惰性气体的带动下，通过喷嘴均匀喷涂在腐蚀铝箔上，紧接着在高温碾压机上进行碾压，冲切后获得钛酸锂负极电极。本专利技术基本原理：由于水分的分解电压一般在1.23V左右，因此，当电极混合材料在10～30kV的高压场下能够实现电极材料内部水分的完全分解。本专利技术在现有技术喷雾造粒设备的基础上，在雾化器中增加电势场，除水球化后的颗粒在高电压的作用下实现粘结剂活性的激化，最终粘附于集流体上，通过高温碾压机碾压后实现负极电极的制备。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在本专利技术中，通过制备过程无空气水分接触的方式制备钛酸锂负极电极，极大地降低了钛酸锂负极电极制备过程水分的引入，抑制了电解液遇水的分解，从而降低了钛酸锂电池的胀气问题，提高了钛酸锂电池的高温循环与高温存储性能。同时，本专利技术具有制备方法简单，容易操作，无有机溶剂使用等优点，非常适合工业化生产。附图说明图1是本专利技术钛酸锂负极电极的工艺流程图。图2是本专利技术高电压发生装置结构图。图中各个附图标记对应的名称：1-进气管；2-排气管；3-高速剪切混合单元；4-喷雾器腔体；5-喷嘴；6-上电极；7-下电极；8-高温碾压机；9-钛酸锂负极电极。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的内容，下面结合具体实施例和附图作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于对本专利技术进一步说明，而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术的内容后，该领域的技术人员对本专利技术作出一些非本质的改动或调整，仍属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例提供一种钛酸锂负极电极的制备方法，包括如下步骤：将钛酸锂、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙炔黑按质量比为80:10:10在120℃、5000rpm条件下进行剪切搅拌，获得均一的混合物。待其混合均一后将其转移至高电压喷雾器中，将高电压喷雾器电压调控到25kV后，将上述混合物以1L/min的喷雾速率在惰性保护性气体氩气的转移下均匀喷涂在腐蚀铝箔上。紧接着，将所得电极在高温碾压机上进行碾压，工作温度为120℃，冲切后获得厚度为230μm的钛酸锂负极电极。将上述所得负极电极、隔膜、镍钴锰三元正极按照“Z型”叠片方式进行电芯组装，经干燥、注液、密封后获得10Ah容量的钛酸锂电池。实施例2本实施例提供一种钛酸锂负极电极的制备方法，包括如下步骤：将钛酸锂、聚四氟乙烯(PTFE)、乙炔黑按质量比为90:6:4在110℃、6000rpm条件下进行剪切搅拌，获得均一的混合物。待其混合均一后将其转移至高电压喷雾器中，将高电压喷雾器电压调控到30kV后，将上述混合物以2L/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂负极电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钛酸锂负极材料、粘结剂、导电剂在高速剪切搅拌条件下进行均匀混合，待其混合均一后将其转移至高电压喷雾装置中，调节所述高电压喷雾装置的电压，在惰性气体的转移下将上述混合物均匀喷涂在腐蚀铝箔上；紧接着，将所得电极在高温碾压机上进行碾压，冲切后获得钛酸锂负极电极。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂负极电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将钛酸锂负极材料、粘结剂、导电剂在高速剪切搅拌条件下进行均匀混合，待其混合均一后将其转移至高电压喷雾装置中，调节所述高电压喷雾装置的电压，在惰性气体的转移下将上述混合物均匀喷涂在腐蚀铝箔上；紧接着，将所得电极在高温碾压机上进行碾压，冲切后获得钛酸锂负极电极。2.如权利要求1所述的一种钛酸锂负极电极的制备方法，其特征在于，所述钛酸锂负极材料为球形纯钛酸锂、纯钛酸锂、包炭钛酸锂、钛酸锂/石墨烯复合物中的任意一种；并且，所述钛酸锂负极材料粒径为500～5000nm。3.如权利要求1所述的一种钛酸锂负极电极的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)。4.如权利要求1所述的一种钛酸锂负极电极的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁建林，
申请(专利权)人：西藏杭能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54