负极活性材料及其制备方法、负极极片及电芯技术

本发明专利技术提供一种负极活性材料及其制备方法、负极极片及电芯。所述负极活性材料包括：钛酸锂内核；以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层。所述包覆层选自镧锶锰氧。本发明专利技术的电芯能达到高能量密度与大倍率快速充电兼顾的效果，同时具有较好的高低温循环性能以及热箱安全性能。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及其制备方法、负极极片及电芯
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种负极活性材料及其制备方法、负极极片及电芯。
技术介绍
锂离子电池作为新能源领域最具代表性的储能器件，在移动电子、动力电池和储能电站等领域中占据不可取代的位置。尤其在消费电子领域，对锂离子电池的快速充放电性能和容量有了更高的要求。但是，目前普遍采用的以石墨作为负极活性材料的锂离子电池在快速充电时易出现负极析锂等问题，给锂离子电池带来了很大的安全隐患。同时在正极活性材料方面，大幅度提高锂离子电池的能量密度已经遇到了一些瓶颈。因此，如何提高负极的嵌锂能力以及如何采用其它途径(如更好的利用锂离子电池内、外剩余空间)实现更大的容量显得尤为必要。钛酸锂是一种尖晶石状结构的负极活性材料，其具有充放电体积变化小、放电平台平稳、安全性高、锂离子脱嵌速度快等优点，是锂离子电池的发展方向之一。但是钛酸锂的充放电容量低，因此能量密度受限，加之钛酸锂充放电过程中存在的电芯鼓胀问题，一直在消费电子领域很少应用。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种负极活性材料及其制备方法、负极极片及电芯，其能达到高能量密度与大倍率快速充电兼顾的效果，同时具有较好的高低温循环性能以及热箱安全性能。为了达到上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种负极活性材料，其包括：钛酸锂内核；以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层。所述包覆层选自镧锶锰氧。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种负极活性材料的制备方法，用于制备本专利技术第一方面所述的负极活性材料，包括步骤：(1)将镧盐、锶盐、锰盐分别溶解在去离子水中并混合形成混合溶液；(2)向混合溶液中加入螯合剂和缓冲剂进行凝胶化反应以得到镧锶锰氧湿凝胶；(3)向镧锶锰氧湿凝胶中加入钛酸锂粉体，之后经烘干、烧结，即完成负极活性材料的制备，其中，所得到的负极活性材料包括钛酸锂内核以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层，所述包覆层选自镧锶锰氧。在本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种负极极片，其包括：负极集流体；以及负极膜片，设置于负极集流体上且包括负极活性材料、导电剂以及粘接剂。其中，所述负极活性材料包括根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料。在本专利技术的第四方面，本专利技术提供了一种电芯，其包括根据本专利技术第三方面所述的负极极片。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：在本专利技术的负极活性材料中，镧锶锰氧作为一种钙钛矿型结构材料，其本身具有十分优越的电子导电性和较高的氧还原活性，且与电解液副反应较少，采用其包覆的钛酸锂，具备了无负极析锂且热稳定性高的优点，能大幅提高电芯的高低温循环性能和热箱安全性能，同时使电芯达到高能量密度与大倍率快速充电兼顾的效果。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的负极活性材料及其制备方法、负极极片及电芯。首先说明根据本专利技术第一方面的负极活性材料。根据本专利技术第一方面的负极活性材料包括：钛酸锂内核；以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层。所述包覆层选自镧锶锰氧(LSM)。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，负极活性材料可仅由钛酸锂内核以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层组成。所述包覆层选自镧锶锰氧(LSM)。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，镧锶锰氧作为一种钙钛矿型结构材料，其本身具有十分优越的电子导电性和较高的氧还原活性，且与电解液副反应较少，采用其包覆的钛酸锂，具备了无负极析锂且热稳定性高的优点，能大幅提高电芯的高低温循环性能和热箱安全性能，同时使电芯达到高能量密度与大倍率快速充电兼顾的效果。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，所述镧锶锰氧的通式可为LaxSryMnzO3，其中，0.5≤x≤0.9、0.1≤y≤0.5且x+y+z＝2。优选地，0.67≤x≤0.8、0.2≤y≤0.33且x+y+z＝2。这是因为镧锶锰氧为钙钛矿型结构，其本身具有十分优越的电子导电性和较高的氧还原活性。当镧(La)和锶(Sr)的比例在一定范围内进行变化时(0.5≤x≤0.9、0.1≤y≤0.5)，镧锶锰氧的饱和磁化强度先增大后减小。当锶的含量控制在0.2≤y≤0.33时，镧锶锰氧的性能最优；镧的取代会引起锰离子电场差的变化，因此当镧的含量控制在0.67≤x≤0.8时，镧锶锰氧的结构最为稳定。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，所述镧锶锰氧可选自La0.7Sr0.3MnO3、La0.8Sr0.2MnO3、La0.67Sr0.33MnO3中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，包覆层的质量可为钛酸锂内核的质量的0.1％～10％。即镧锶锰氧的质量为钛酸锂内核的质量的0.1％～10％。镧锶锰氧的质量百分含量低于0.1％时，无法将钛酸锂内核包覆完整，不能起到改善负极表面稳定性的效果，当镧锶锰氧的质量百分含量高于10％时，由于镧锶锰氧本身无法存储锂离子，离子电导率较低，因此镧锶锰氧的含量过多会降低电芯的能量密度。在根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料中，包覆层的厚度可为0.03μm～3μm。其次说明根据本专利技术第二方面的负极活性材料的制备方法，用于制备本专利技术第一方面所述的负极活性材料，包括步骤：(1)将镧盐、锶盐、锰盐分别溶解在去离子水中并混合形成混合溶液；(2)向混合溶液中加入螯合剂和缓冲剂进行凝胶化反应以得到镧锶锰氧湿凝胶；(3)向镧锶锰氧湿凝胶中加入钛酸锂粉体，之后经烘干、烧结，即完成负极活性材料的制备，其中，所得到的负极活性材料包括钛酸锂内核以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层，所述包覆层选自镧锶锰氧。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，采用此溶胶凝胶工艺合成的镧锶锰氧湿凝胶，可以便于在烧结过程在钛酸锂内核表面包覆的镧锶锰氧包覆层的厚度控制在3μm以下，有利于实现在钛酸锂内核表面均匀包覆一层镧锶锰氧包覆层。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，在步骤(1)中，镧盐、锶盐、锰盐各自独立地选自镧、锶、锰的碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、草酸盐或醋酸盐。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，在步骤(1)中，混合溶液中，镧离子、锶离子、锰离子的总浓度可为0.5mol/L～2mol/L。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，在步骤(2)中，螯合剂可选自柠檬酸、EDTA、乙二醇中的一种或几种。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，在步骤(2)中，缓冲剂可选自氨水、碳酸氢氨、氯化铵中的一种或几种。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，在步骤(2)中，反应温度可为60℃～85℃，反应体系的pH＝2～4、凝胶化反应的反应时间可为5h～10h。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，在步骤(3)中，烘干温度可为65℃～90℃，烘干时间可为4h～12h，其中，烘干结束后镧锶锰氧湿凝胶成为镧锶锰氧干凝胶。在根据本专利技术第二方面所述的负极活性材料的制备方法中，在步骤(3)中，烧结温度可为500℃～700℃，烧结时间可为2h～6h。再次说明根据本专利技术第三方面的负极极片，其包括：负极集流体；以及负极膜片，设置于负极集流体上且包括负极活性材料、导电剂以及粘接剂。其中，所述负极活性材料包括根据本专利技术第一方面所述的负极活性材料。在根据根据本专利技术第三方面所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料包括：钛酸锂内核；以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层；所述包覆层选自镧锶锰氧。

【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料包括：钛酸锂内核；以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层；所述包覆层选自镧锶锰氧。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料由钛酸锂内核以及包覆在钛酸锂内核表面的包覆层组成，所述包覆层选自镧锶锰氧。3.根据权利要求1或2所述的负极活性材料，其特征在于，所述镧锶锰氧的通式为LaxSryMnzO3，其中，0.5≤x≤0.9、0.1≤y≤0.5且x+y+z＝2，优选地，0.67≤x≤0.8、0.2≤y≤0.33且x+y+z＝2。4.根据权利要求3所述的负极活性材料，其特征在于，所述镧锶锰氧选自La0.7Sr0.3MnO3、La0.8Sr0.2MnO3、La0.67Sr0.33MnO3中的一种或几种。5.根据权利要求1或2所述的负极活性材料，其特征在于，包覆层的质量为钛酸锂内核的质量的0.1％～10％。6.一种负极活性材料的制备方法，用于制备权利要求1-5中任一项所述的负极活性材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎野，崔静，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35