[发明专利]一种采用钛酸锂材料的锂离子电池负极浆料的制作工艺

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体的说，涉及一种钛酸锂材料的锂离子电池负极浆料的制作工艺。

背景技术

地球的能源是有限的，人类的消费是无限的，能源短缺将威胁人类的生存和发展。因此，发展替代传统石油的新能源已迫在眉睫。世界各国为解决能源短缺问题，纷纷投入大量人力、物力，研制开发新能源。新能源技术研究涉及太阳能、风能、核能等多个技术领域，锂离子动力电池就是其中很重要的一个项目，也是其中的研究热点之一。锂离子动力电池及材料可广泛应用于交通运输、动力等领域中。是本世纪人类理想的替代燃油的产品。随着石油资源的短缺，和受世界政治经济环境不稳定导致的石油供应不稳定影响，锂离子动力电池能源在车辆中的应用正日渐兴起。

在目前较为成熟的锂离子动力电池中，负极绝大多数都是采用以碳负极材料为活性物质进行制备；但是由于碳负极材料存在较大的能量损失和高倍率充放电性能差等问题。碳负极材料在有机电解质中易形成钝化膜(SEI)，引起比容量的初始不可逆损失；且碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，形成枝晶而引起短路，从而带来安全隐患；还有碳负极材料在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化大，产生循环稳定性差等缺点。所以本领域技术人员已经着手努力寻找一新的技术方案克服这一技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全性高、倍率性能好且长寿命的钛酸锂材料的锂离子电池负极浆料的制作工艺。

本发明的技术方案是：一种采用钛酸锂材料的锂离子电池负极浆料的制作工艺，步骤包括：

(1)按重量份配料：钛酸锂：100、炭黑SUPER-P：2-4.5、聚偏氟乙烯：7-11、N-甲基吡咯烷酮：100-120；

(2)将聚偏氟乙烯加入至重量份数70-90的N-甲基吡咯烷酮中搅拌均匀得烯胶溶液；

(3)将炭黑SUPER-P加入稀胶溶液中搅拌均匀；

(4)将钛酸锂在搅拌条件下分次均匀加入步骤(3)制得的溶液中，期间加入剩余的N-甲基吡咯烷酮，搅拌至材料分散均匀；浆料粘度在6000-8000cps范围内后改用真空慢速搅拌1-1.5h；慢速搅拌完成后静置消除浆料中的气泡，然后过100-150目筛即得到钛酸锂负极浆料；

上述的操作尽量在干燥避免氧化的条件下进行。例如提高环境的干燥程度和降低环境湿度。更好的可以是真空环境，或者惰性气体保护的环境中进行。

本发明主要是通过使用分散效果理想的制作工艺，具体也就是独特的各组分间的配比和加入顺序，从而达到了简化浆料制作工艺，缩短浆料制作周期，提高浆料分散效果的目的。例如其中作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮分两次加入使得便于与之同时加入的其它物料分散均匀。

按照本发明所提供的工艺技术来制作负极浆料进一步加工获得的锂离子动力电池将会达到如下技术效果：

(1)、零应变，循环性能非常优异

钛酸锂材料最大的特点就是其“零应变性”。所谓“零应变性”是指其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，小于1％。在充放电循环中，这种“零应变性”能够避免由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而减少循环带来的比容量衰减，提高电极的循环性能和使用寿命。

(2)、放电电压平稳，安全性极高

钛酸锂材料可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池，电解液不致发生分解，大大提高了锂离子动力电池的安全性能。另外由于钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础。

(3)、可高倍率充放电

与碳负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2*10^-8cm²/s)，因此，采用钛酸锂为负极制作的锂离子动力电池可高倍率充放电。

本发明的进一步优选技术方案是：

所述的步骤(2)、(3)、(4)在真空条件下进行。这样避免水分、氧化物等杂质的存在，利于构成电池的各组分保持原有性能，避免电池短路等情况。

所述的步骤(1)之前先将聚偏氟乙烯在真空环境下85-105℃进行烘烤6-8h，将烘烤好的粉料在真空状态下停止加热，待其温度降至40-50℃待用。这样可以降低聚偏氟乙烯的含水率，保障电池的性能提高。