一种锂电池负极极片制造技术

本发明专利技术涉及一种锂电池用负极极片，具体涉及一种以钛酸锂为负极的锂电池负极极片。一种锂电池负极极片，包括：基材、设置在基材表面的活性材料涂层；还包括：设置在活性材料涂层表面的包覆层；所述包覆层平均厚度为０．２ｎｍ－１００ｎｍ；所述表面包覆层的材料选自：绝缘氧化物、绝缘复合氧化物、磷酸盐或锂盐中的一种或一种以上的混合物。本发明专利技术通过对锂电池负极极片表面涂敷一层包覆层，该包覆层将内层的活性材料与电解质隔开，使其即使在过电位的情况下也不与电解质反应，避免气胀现象的产生，同时保证电池的容量和循环性不降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂电池用负极极片，具体涉及一种以钛酸锂为负极的锂电池负极极片。
技术介绍
近年来，尖晶石钛酸锂Li4Ti5012作为新型储能电池的电极材料日益受到重视，这是因为尖晶石型钛酸锂在锂离子嵌入_脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，锂离子嵌入前后都为尖晶石结构，且晶格常数变化很小，同时体积变化很小，所以钛酸锂被称为零应变电极材料。这能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸縮而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少了随循环次数的增加而带来比容量幅度的衰减，使钛酸锂具有优异的循环性能。与碳负极材料相比，钛酸锂嵌锂电位比较高，避免了金属锂的沉积，并且其平台容量超过总容量的85%，充电结束时电位迅速上升，此现象可用于指示终止充电，避免了过充电，因此钛酸锂负极的安全性比碳负极材料高；钛酸锂的化学扩散系数比碳负极材料大一个数量级，充放电速度很快。钛酸锂电极还具有大电流充放电性能。同时，钛酸锂还具有抗过充性能及热稳定性能好、安全性高、可靠性高、寿命长和比容量大等优点，在电动汽车、储能电池等领域有广泛的应用。 公开号为CN 101414693A的中国专利技术专利申请公布说明书公开了一种基于锂离子传导的储能电池，与传统锂离子电池体系不同的是，其特征在于具有尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5012)替代层状结构的石墨(C6)作为负极活性物质，具有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn204)或橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFeP04)替代层状结构的钴酸锂(LiCo02)作为正极活性物质。主体负极活性物质或正极主体活性物质，与碳黑、粘结剂混匀后涂敷于铝箔上制成正负极片后制成储能电池。 钛酸锂的嵌锂电位高，在1V以上，在正常情况下不会形成SEI膜，在实际使用过程中，容易产生过电位，使锂电池负极电位降到IV以下，造成钛酸锂与电解质反应分解产生气体无处释放而造成气胀，影响电池的容量及循环性。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种锂电池负极极片，保护里面的钛酸锂活性材料涂层，使其不与电解液直接接触，即使在过电位的情况下也不与电解质反应，避免气胀现象的产生，同时保证电池的容量和循环性不降低。 为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种锂电池负极极片，包括基材、设置在基材表面的活性材料涂层，所述活性材料为钛酸锂；还包括设置在活性材料涂层表面的包覆层；所述包覆层平均厚度为0. 2nm-100nm ;所述表面包覆层的材料选自绝缘氧化物、绝缘复合氧化物、磷酸盐或锂盐中的一种或一种以上的混合物。 所述绝缘氧化物选自镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、钪(Sc)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、镓(Ga)、锗(Ge)、钡(Ba)、钇(Y)、锆(Zr)、钼3(Mo)、铟(In)、锡(Sn)、钽(Ta)、鸨(W)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、 铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、佴(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)或铈(Ce)的氧化物; 所述绝缘复合氧化物选自镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、钪(Sc)、钛(Ti)、钒(V)、铬 (Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、镓(Ga)、锗(Ge)、钡(Ba)、钇(Y)、锆(Zr)、 钼(Mo)、铟(In)、锡(Sn)、钽(Ta)、鸨(W)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆 (Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、佴(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)或铈(Ce)的复合氧化 物； 所述磷酸盐选自磷酸铝(A1P04)或磷酸镁(Mg3(P04)2); 所述锂盐选自氟化锂(LiF)、磷酸锂(Li3P04) 、LiMP04，其中M是镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)、钛(Ti)或钒(V)。 制备上述锂电池负极极片的方法，包括如下步骤 (1)将钛酸锂、炭黑和粘结剂混合、搅拌形成浆料。 (2)将步骤(1)所述浆料涂敷于铜箔(铝箔)衬底上，形成活性材料涂层。 (3)在步骤(2)所述活性材料涂层上再包覆一层包覆层，经过辊压、裁切形成负极 极片。 尤其是在活性材料涂层表面包覆一层包覆层的方法可选用本领域技术人员公知 的涂覆包覆层的方法，具体可选择但不局限于溶胶-凝胶法、磁控溅射法或二次涂布法； 具体地 (1)溶胶-凝胶法以二氧化硅包覆层为例，首先，按照正常通用的锂离子电池负 极涂布办法，比如，以钛酸锂为负极活性物质，加入导电剂和粘结剂，并加入溶剂搅拌形成 浆料，利用转移式涂布的方式，将浆料涂覆在铜箔(铝箔)表面，烘干后形成正常以钛酸锂 为活性物质的负极片。然后另外将四烷氧基硅烷用乙醇按l : 4比例溶解形成均匀溶胶， 然后将做好的电极片在四烷氧基硅烷里面浸泡后取出，在14(TC烘箱内烘烤5小时，形成包 覆有二氧化硅的钛酸锂极片。 (2)磁控溅射法利用微颗粒磁控镀膜设备，将钛酸锂为活性物质的锂电池负极 极片为基材，以上文中所述的氧化物或盐类物质为靶材，通过调节真空室内的工作气压、溅 射功率、温度和溅射时间等工艺参数，在锂电池负极极片表面沉积上均匀连续、致密和纯度 高的包覆层。 (3) 二次涂布以二氧化硅包覆层为例，将二氧化硅和PVDF按5 : 1比例混合，然 后溶解在重量为固体料300X的NMP中，形成二氧化硅浆料，然后将锂离子电池极片通用转 移式涂布设备，将浆料涂布在已经涂布有钛酸锂的负极片上，形成二氧化硅包覆的钛酸锂 负极极片。 本专利技术的基本原理是经表面涂敷一层包覆层的锂电池负极极片，其表面包覆层将内层的活性材料与电解质隔开，减低了高电位时因电解质分解所造成的容量损失；同时，这层包覆层既不会影响锂离子在活性材料内部的输运性质，也不会对其活性材料表面的输运性质产生显著影响；相反，由于表面包覆改性对活性材料涂层的保护，减少了因电解质分解所造成的容量损失，使得它的循环性也得到相应的提高。 由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点 1.本专利技术通过对锂电池负极极片表面涂敷一层包覆层，该包覆层将内层的活性材料与电解质隔开，使其即使在过电位的情况下也不与电解质反应，避免气胀现象的产生，同 时保证电池的容量和循环性不降低。 2.本专利技术的制备方法简单且易于操作，具有良好的应用前景。具体实施方式 下面结合实施例对本专利技术作进一步描述 实施例一 (1)将9. 2Kg磷酸铁锂和0. 5Kg炭黑预先干混，再加入0. 5KgPVDF(聚偏氟乙烯) 的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温下混合形成浆料，均匀涂敷于铝箔衬底上，烘干，经过辊压， 裁切成正极极片。 (2)将9. 2Kg钛酸锂和0. 4Kg炭黑，再加入0. 6KgPVDF(聚偏氟乙烯)的N-甲基吡 咯烷酮溶液在常温下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，形成活性材料涂层。将三氧化 二铝(A1203)和PVDF按5 : 1比例混合，然后溶解在重量为固体料300%的NMP中，形成三 氧化二铝(A1203)浆料，然后用锂离子电池极片通用转移式涂布设备，将浆料涂布在活性材 料涂层上，形成三氧化二铝(A1203)包覆的钛酸锂负极极片，经过辊压，裁切成负极极片。 (3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池负极极片，包括：基材、设置在基材表面的活性材料涂层，所述活性材料为钛酸锂；其特征在于，还包括：设置在活性材料涂层表面的包覆层；所述包覆层平均厚度为０．２ｎｍ－１００ｎｍ；所述表面包覆层的材料选自：绝缘氧化物、绝缘复合氧化物、磷酸盐或锂盐中的一种或一种以上的混合物。

【技术特征摘要】
一种锂电池负极极片，包括基材、设置在基材表面的活性材料涂层，所述活性材料为钛酸锂；其特征在于，还包括设置在活性材料涂层表面的包覆层；所述包覆层平均厚度为0.2nm-100nm；所述表面包覆层的材料选自绝缘氧化物、绝缘复合氧化物、磷酸盐或锂盐中的一种或一种以上的混合物。2. 根据权利要求l所述的锂电池负极极片，其特征在于，所述绝缘氧化物选自镁、铝、 硅、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、镓、锗、钡、钇、锆、钼、铟、锡、钽、钨、镧、镨、钕、钐、铕、 钆、铽、镝、钬、佴、铥、镱、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓东，
申请(专利权)人：苏州星恒电源有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]