[发明专利]一种钛酸锂材料膜电极的制备方法

说明书

 

技术领域

    本发明属于电池材料合成技术领域，具体是一种钛酸锂材料膜电极的制备方法。

背景技术

锂离子电池的飞速发展依赖于新型能源材料的开发和综合技术的进步。其中新型电极材料尤其是负极材料的探索和研究就显得尤为重要。目前商业化的负极材料大多采用石墨等嵌锂碳材料作为负极，尽管相对于金属锂而言，在循环性能和安全性能方面有了很大改进，但是仍然存在首次充放电时碳表面生成钝化膜而造成不可逆容量损失较大的问题。此外，碳电极的电位与锂电位相近，在电池过充电时仍然可能形成锂枝晶而引起电池短路，引发安全问题。因此，从资源、环保和安全方面寻找锂离子电池理想的负极材料仍是今后相当一段时间世界化学电源界的研究热点。

现有的制备锂电池的工业化生产过程中，均采用将钛酸锂负极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯在N-甲基-吡咯烷酮中均匀的分散，形成浆料后，在金属箔基地上涂布，待N-甲基-吡咯烷酮完全蒸发后，钛酸锂负极材料和乙炔黑通过聚偏氟乙烯粘接在金属箔基底上。在此过程中会出现很多问题：材料的比表面对材料的粘接性能产生较大的影响，较大的比表面积会阻止聚偏氟乙烯粘结性能的发挥；较差的粘结性能使得敷料与金属箔底粘接不紧，轻者影响电池的压实密度和直流内阻，重者直接影响电极片在辊压过程中产生掉粉等问题；较小的就压实密度和较大的直流内阻直接影响电池产品的性能，包括电化学性能和安全性能。

鉴于上述的情况，一些研究小组也已经开始采用金属基底薄膜作为锂离子电池电极材料。美国斯坦福大学的崔屹教授领导的课题组在不锈钢上沉积纳米硅线，并将其作为锂离子电池负极，取得非常好的循环性能和倍率性能。（Nature Nanotech）合肥工业大学张卫新教授领导的课题组采用微乳液方法在铜基底上生长齿轮状CuO材料作为锂离子电池负极也具有良好的放电容量和倍率性能（Adv. Funct. Mater.）。科学界普遍认为这种薄膜电极能有效地增强材料的电子散逸能力，缩短锂离子的脱嵌路径、容纳材料在充放电过程中的体积变化，从而使得材料具有优异的电化学性能。此外，就加工来说，这种电极可以免合浆、涂布等工艺，极大的简化了电池的制作流程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸锂材料膜电极的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种钛酸锂材料膜电极的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

（1）按照配比称取锂盐和二氧化钛；

（2）将锂盐和二氧化钛置入球磨罐中，加入溶剂、分散剂、黏结剂、增塑剂、导电剂及锆球，进行湿法球磨混匀；

（3）球磨后浆料用刮刀涂布机进行涂覆，空气中稍干燥得到柔韧的前驱体；

（4）用取片器对干燥后前驱体取片，并把多层重叠在一期放入模具内加压；

（5）压后膜片先在真空干燥箱内充分干燥再放入气氛炉内烧结，自然冷却得到钛酸锂材料膜电极。

上述步骤（1）中所述的锂盐选自碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氟化锂中的一种；所述的二氧化钛为锐钛矿结构，其中，按摩尔比为Li:Ti=4-4.5：5进行称量。

上述步骤（2）中所述的溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、二甲苯中的至少一种，其中加入量控制浆液固含量为10%-60%；所述的分散剂为磷酸三乙酯、 铵盐分散剂6300、OP-85中的至少一种，其中加入量为物料总质量的0.5-2%；所述的黏结剂为聚乙稀醇缩丁醛、聚乙烯醇中的至少一种，其中加入量为占整个浆液体积的1%-8%；所述的增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯、二甘醇二苯甲酸酯中的至少一种，加入量为浆液体积的1%-6%；所述的导电剂为SP、KS-6中的至少一种，加入量为总物料质量的5%-30%；所述锆球的球料比为1-10:1，球磨时间为1-10h之间，球磨时的固含量为10%-50%。

上述步骤（3）中所述的浆料粘度为1000cp-10000cp，刮刀涂覆的厚度为10μm-30μm。

上述步骤（4）中所述的多层加压的压强为0.5Mpa-2Mpa。

上述步骤（5）中的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种。

本发明的有益效果：

1、本发明工艺简单，合成流程短，操作方便，环境友好、再现性强，并且可以普遍适用。