[发明专利]钛酸锂电池极片及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种钛酸锂电池极片及其制备方法与应用。该钛酸锂电池极片包括依次层叠设置的集流体、活性物层及导电剂层。通过在活性物层表面设置导电剂层能够有效地保护活性物层中的活性材料钛酸锂，使其与水分隔绝，因而保证了钛酸锂电池极片的稳定性，该钛酸锂电池极片的稳定性好，长效循环性能良好。该钛酸锂电池极片的制备方法采用磁控溅射工艺，复合靶材的粒子在磁场作用下能够在集流体表面沉积形成活性物层及导电剂层，制备过程中无需添加粘结剂、分散剂等成分，避免了制备过程中引入水分，因而避免了活性材料钛酸锂与水发生反应导致不良。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种钛酸锂电池极片及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池是采用含有锂元素的材料作为电极，依赖锂离子在正极和负极之间移动来工作的一类电池。锂离子电池是一类由锂电池具有高能量密度、高功率密度和循环寿命长等诸多优点，因而在便携式电子设备、动力电池和储能电池等领域得到了极大的关注。

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)由于其具有良好的稳定性，被广泛应用于锂离子电池负极材料。然而，钛酸锂负极材料极易与锂离子电池内部的痕量水分发生反应，从而导致锂离子电池在充放电循环之后产生以氢气、一氧化碳和二氧化碳等为主要成分的气体，因而导致锂离子电池鼓包。这些气体的产生会导致电池内部压力的增加，影响锂离子电池的长期稳定性与安全性。但是，受到制造工艺的限制，锂离子电池内部的痕量水分通常难以除尽，正极、负极极片和电解液中都存在数百ppm级的水分。另外，传统的极片涂布工艺中所使用的有机分散剂N-甲基吡咯烷酮(以下简称NMP)也含有一定量的水分，以上原料均对基于钛酸锂负极的锂离子电池的长效稳定工作提出了挑战。

发明内容

基于此，有必要提供一种活性材料稳定性高、循环性能良好的钛酸锂电池极片及其制备方法与应用。

本发明的一个方面，提供了一种钛酸锂电池极片，包括：

集流体；

活性物层，所述活性物层包括活性材料及导电剂；所述活性材料为钛酸锂；所述活性物层设置在所述集流体的至少一表面上；及

导电剂层，设置在所述活性物层的表面并覆盖所述活性物层。

在其中一些实施例中，所述集流体选自金属材料及柔性碳基材料中的一种。

在其中一些实施例中，所述柔性碳基材料选自碳纳米管膜、导电碳布、导电碳纸及石墨烯泡沫中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述活性物层及所述导电剂层中的导电剂各自独立地选自石墨、导电碳黑、乙炔黑、碳纳米管及石墨烯中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述活性物层中，所述活性材料钛酸锂及所述导电剂的质量比为(90～100)：(0～10)。

在其中一些实施例中，所述活性物层及所述导电剂层的质量比为(90～100)：(1～10)。

本发明的另一方面，还提供了一种钛酸锂电池极片的制备方法，包括：

采用磁控溅射工艺在集流体的表面依次形成层叠的活性物层和导电剂层；其中，所述活性物层包括活性材料及第一导电剂；所述活性材料为钛酸锂；所述导电剂层包括第二导电剂。

在其中一些实施例中，所述采用磁控溅射工艺在集流体的表面依次形成层叠的活性物层和导电剂层的步骤包括：

将所述活性材料及所述第一导电剂研磨、混合，得到混合粉体；

将所述第二导电剂及所述混合粉体依次加入模具，干压成型，得到复合靶材；

取洁净的所述集流体置于磁控溅射仪中，以所述复合靶材作为溅射材料，进行磁控溅射，以使所述复合靶材在所述集流体上依次形成活性物层和导电剂层。