一种钛酸锂复合极片及其制备方法、锂电池技术

本发明专利技术涉及一种钛酸锂复合极片及其制备方法、锂电池，属于锂离子电池制备技术领域。本发明专利技术的钛酸锂复合极片，包括集流体以及设置在集流体表面的内层、中间层、外层；所述内层为钛酸锂层；所述中间层为硅酸锂层或硫酸锂层；所述外层为有机锂层。本发明专利技术的钛酸锂复合极片，在不影响极片能量密度的同时，利用硅酸锂或硫酸锂的锂离子导电率高的特性及利用致密的纳米沉积层降低极片内阻，同时硅酸锂或硫酸锂层具有柔韧性高的特点，提高极片辊压及其卷绕过程中的加工性能，进而提高极片合格率；另外利用外层形成的有机锂层，进一步提高极片的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂复合极片及其制备方法、锂电池
本专利技术涉及一种钛酸锂复合极片及其制备方法、锂电池，属于锂离子电池制备

技术介绍
锂离子电池以其能量密度高、循环性能好、无记忆效应及其环境友好等优点而广泛应用于电动汽车、储能及其数码电子等领域，而安全性能及其快充技术又是对锂离子电池能否推广使用的关键因素，目前锂离子电池主要有磷酸铁锂电池、三元电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池及钛酸锂电池，而钛酸锂电池以其循环寿命长(高达2万次，使用寿命≥10年)，安全性能高及其倍率性能佳等优点而用于储能、混合动力汽车及城市公交系统，但是由于钛酸锂电池使用环境的变化多端(低温、高温充放电、较大的温差)及其人们的滥用(比如过充、过放、撞击等)，使锂离子电池的安全性能受到挑战，因此需要进一步提高钛酸锂电池的安全性能。目前提高钛酸锂安全性能主要措施为：通过采用安全性电解液提高其钛酸锂电池的安全性能。申请公布号为CN105470573A的中国专利技术专利公开了一种高安全性能的钛酸锂电池，其主要通过在电解液添加剂中含有氰化链状碳酸酯或氰化环状碳酸酯中的一种或几种，所述隔膜为微孔薄膜隔膜或者无纺布隔膜，隔膜的材料为复合有埃洛石颗粒和羧甲基纤维素纤维的聚烯烃，其制备的钛酸锂电池不易产生胀气，且隔膜具有良好的耐温性和机械性能，不易破坏，安全性好，但是由于添加剂含有有毒的氰化物，造成其在制造过程中危害人体身体健康且稳定性差。申请公布号为CN105514391A的中国专利技术专利公开了一种硅酸锂改性钛酸锂负极材料包括硅酸锂改性钛酸锂负极材料以及包覆于所述锂离子电池负极材料表面的硅酸锂，其中，所述锂离子电池负极材料为钛酸锂。该硅酸锂改性钛酸锂负极材料的首次充放电容量、循环及倍率性能仍有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钛酸锂复合极片，该钛酸锂复合极片首次充放电容量高、循环及倍率性能优异。本专利技术的第二个目的在于提供一种钛酸锂复合极片的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供一种锂电池。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种钛酸锂复合极片，包括集流体以及设置在集流体表面的内层、中间层、外层；所述内层为钛酸锂层；所述中间层为硅酸锂层或硫酸锂层；所述外层为有机锂层。本专利技术的钛酸锂复合极片，在不影响极片能量密度的同时，利用硅酸锂或硫酸锂的锂离子导电率高的特性及利用致密的纳米沉积层降低极片内阻，同时硅酸锂或硫酸锂层具有柔韧性高的特点，提高极片辊压及其卷绕过程中的加工性能，进而提高极片合格率；另外利用外层形成的有机锂层，进一步提高极片的电化学性能。所述钛酸锂层由钛酸锂、导电剂、粘结剂组成。上述导电剂优选超级炭黑。上述粘结剂优选聚偏氟乙烯。所述内层的厚度为50μm～300μm。所述中间层的厚度为10nm～500nm。进一步优选为100nm～500nm。所述外层的厚度为500nm～5000nm。进一步优选为1000nm～5000nm。所述有机锂层包括有机锂化合物，所述有机锂化合物为乙基锂、丙基锂、异丙基锂、正丁基锂、仲丁基锂、正戊基锂、正己基锂、环己基锂、苯基锂、甲基苯基锂、萘基锂、醋酸锂中的任意一种。所述有机锂层包括有机锂化合物、粘结剂、导电剂。所述有机锂化合物、粘结剂、导电剂的质量比为60～90:3～5:5～29。所述导电剂为超级炭黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维中的一种。所述粘结剂为聚偏氟乙烯。一种钛酸锂复合极片的制备方法，包括以下步骤：1)将钛酸锂浆料涂布在集流体上，干燥，形成钛酸锂层，得极片A；2)在步骤1)所得极片A的钛酸锂层表面沉积硅酸锂或硫酸锂，形成中间层，得极片B；3)在极片B的中间层表面喷涂有机锂混合液，干燥，形成有机锂层，得钛酸锂复合极片。步骤1)中的集流体为铜箔。步骤1)中的钛酸锂浆料由钛酸锂、超级炭黑、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮组成，所述钛酸锂、超级炭黑、聚偏氟乙烯的质量比为90～95:1～3:2～9；每90～95g钛酸锂对应加入150mLN-甲基吡咯烷酮。步骤2)中的沉积采用射频磁控溅射。具体为以硅酸锂或硫酸锂为靶材进行沉积。所述射频磁控溅射可以使硅酸锂或硫酸锂均匀的沉积在钛酸锂层的表面。所述射频磁控溅射以氩气为溅射气体。所用射频磁控溅射的设备内压为10～30Pa，氩气导入量为50～100sccm，功率为500～1000W。步骤3)中的有机锂混合液包括有机锂化合物、有机添加剂、有机溶剂、导电剂、粘结剂。所述有机锂化合物、有机添加剂、粘结剂、导电剂的质量比为60-90:3-5:3-5:5-29。所述导电剂为超级炭黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维中的一种。所述粘结剂为聚偏氟乙烯。上述60～90g有机锂化合物对应加入300～500g有机溶剂。上述有机锂化合物为乙基锂、丙基锂、异丙基锂、正丁基锂、仲丁基锂、正戊基锂、正己基锂、环己基锂、苯基锂、甲基苯基锂、萘基锂、醋酸锂中的任意一种。上述有机添加剂为碳酸乙烯亚乙酯。所述碳酸乙烯亚乙酯可以降低钛酸锂胀气，提高极片的循环性能。上述有机溶剂为碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的任意一种。所述有机溶剂与有机锂、有机添加剂具有良好的相容性，提高极片的电化学性能。一种锂电池，包括上述钛酸锂复合极片。本专利技术的钛酸锂复合极片，在钛酸锂表面沉积硅酸锂或硫酸锂材料，硅酸锂或硫酸锂具有锂离子传输速率高的特点，可以提高充放电过程中锂离子的传输速率，并提高钛酸锂的克容量发挥，进而提高材料的放电容量和首次效率；另外，复合极片最外层为有机锂层，进一步为充放电过程提供充足的锂离子，缩短充电时间，提高活性物质的发挥效率，提高极片的放电容量和首次效率以及循环性能。本专利技术的钛酸锂复合极片的制备方法，首先在铜集流体上涂覆钛酸锂浆料，干燥完毕后，通过磁控溅射法沉积硅酸锂或硫酸锂纳米层物质，之后喷涂有机锂层，干燥即得。本专利技术的方法成本低，简单可行，安全环保，适合批量生产。本专利技术的锂电池，包括上述钛酸锂复合极片。本专利技术的锂电池，硅酸锂层与有机锂层可以避免钛酸锂直接与电解液接触，降低副反应的发生，降低钛酸锂的膨胀性，并依靠外层有机锂增大充放电过程中锂离子的传输速率，最终使得本专利技术的锂电池具有高的首次充放电效率及好的循环性能。附图说明图1为实施例1所得的钛酸锂复合极片放大2000倍的SEM图；图2为实施例1所得的钛酸锂复合极片放大5000倍的SEM图。具体实施方式实施例1本实施例的钛酸锂复合极片，包括集流体以及设置在集流体表面的内层、中间层、外层；内层为钛酸锂层；中间层为硅酸锂层；外层为有机锂层；中间层的厚度为500nm；外层的厚度为3μm；内层的厚度为50μm；所述钛酸锂层由钛酸锂、超级炭黑、聚偏氟乙烯组成，钛酸锂、超级炭黑、聚偏氟乙烯的质量比为92:2:6；所述有机锂层由乙基锂、SP导电剂、粘结剂聚偏氟乙烯组成，所述乙基锂、SP、聚偏氟乙烯的质量比为80:17:4。本实施例的钛酸锂复合极片的制备方法，包括以下步骤：1)将6g聚偏氟乙烯添加到150mL的N-甲基吡咯烷酮中分散均匀后，再添加92g钛酸锂粉体、2g超级炭黑通过搅拌机分散均匀后得到钛酸锂浆料，通过涂布机将其涂敷在铜箔集流体上，干燥完毕后形成钛酸锂层，得到极片A；2)之后将极片A放置到射频磁控溅射设备内，以硅酸锂作为靶材，通过射频磁控溅射的方法在极片A的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂复合极片，其特征在于，包括集流体以及设置在集流体表面的内层、中间层、外层；所述内层为钛酸锂层；所述中间层为硅酸锂层或硫酸锂层；所述外层为有机锂层。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂复合极片，其特征在于，包括集流体以及设置在集流体表面的内层、中间层、外层；所述内层为钛酸锂层；所述中间层为硅酸锂层或硫酸锂层；所述外层为有机锂层。2.根据权利要求1所述的钛酸锂复合极片，其特征在于，所述中间层的厚度为10nm～500nm。3.根据权利要求1所述的钛酸锂复合极片，其特征在于，所述外层的厚度为500nm～5000nm。4.根据权利要求1所述的钛酸锂复合极片，其特征在于，所述有机锂层包括有机锂化合物，所述有机锂化合物为乙基锂、丙基锂、异丙基锂、正丁基锂、仲丁基锂、正戊基锂、正己基锂、环己基锂、苯基锂、甲基苯基锂、萘基锂、醋酸锂中的任意一种。5.一种如权利要求1所述的钛酸锂复合极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将钛酸锂浆料涂布在集流体上，干燥，形成钛酸锂层，得极片A；2)在步骤1)所得极片A的钛酸锂层表面沉积硅酸锂或硫酸锂，形成中间层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈和平，徐军红，
申请(专利权)人：陈和平，
类型：发明
国别省市：河南,41