[发明专利]一种防过放负极、其制备方法和电池

说明书

本发明提供了一种防过放负极、其制备方法和电池，所述防过放负极包括集流体，所述集流体的至少一侧表面依次层叠设置有防过放功能层和负极活性材料层，所述防过放功能层包括铌钛化合物。通过在集流体与负极活性材料层之间设置包括铌钛化合物的防过放功能层，从而缓冲负极电位的进一步下降，避免SEI分解以及集流体的溶解析出，具有结构简单、制备工艺简单、对电池容量影响小、防过放效果好和安全性高等特点。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种防过放负极、其制备方法和电池。

背景技术

锂离子电池广泛应用于新能源汽车、消费电子产品和储能等各类移动或固定式能量储存场景。过放是锂离子电池常见的安全隐患之一。过放现象一般分为两类：使用中的过放和存储搁置中的过放。

使用过放主要有以下几种情况，电池在大倍率正常放电时，由于电池内部极化的不一致，尽管电池整体电位在正常操作范围内，但负极局部可能出现电位过高而过放。另外，电池可能出现被滥用情况，导致过放。存储过放的原因是即使质量控制再好，锂离子电池也不可避免地存在轻微的内部短路，在电池存储未使用的过程中一直在轻微放电，长时间存储搁置后，电池自放电容量超过了正常的工作容量而过放。

过放的后果一方面会导致负极SEI膜分解而使电池寿命快速衰减，另一方面，当电池过放严重即负极电位达到负极集流体铜的析出电位时，铜金属从集流体变成铜离子析出到电池内部，当电池被再次充电时，铜离子还原为铜金属而引起电池内部短路，产生安全隐患。

为防止过放，主要有三种技术：(1)在电池外部加入过放保护电路，当电池电压低于操作电压时切断外部电路，电池不再进行放电。此类方法可以对电池在使用中的过放有效果，但不能防止电池长时间存储搁置的过放。(2)加入过放条件下可发生氧化还原反应的添加剂到电解液中进行过放保护。但这种方法有两个缺点，一是添加剂量总是有限，因此能接受的电子也有限，所以对过放的保护程度有限，二是氧化还原产物通常会覆盖在电池材料表面，导致该反应不可逆即只能一次性保护，并且这些产物会导致电池容量衰减内阻增加。(3)引入钛酸锂作为过放保护添加剂。

CN103840130A公开了一种防止过放电的锂电池碳负极，用于解决现有碳负极容量消耗殆尽，电位会迅速上升，进而发生负极集流体铜的溶解和在正极表面的析出的问题。该发明包括集流体，集流体的两面涂覆有经过真空干燥的负极浆料层，所述负极浆料层由碳活性材料、过放电功能添加剂、导电剂和粘结剂混合而成；过放电功能添加剂为钛酸锂。该发明使得碳负极电池在放电下限电压以后还有一部分容量，从而可以避免因为过放导致的集流体铜溶解和析出，提高了电池的储存寿命和使用寿命。

CN102299365A公开了一种防止过放电的锂离子单体电池及含有该单体电池的电池组，该发明单体电池的负极活性材料以第一负极活性物质石墨或钛酸锂为主，添加了具有高容量的第二负极活性材料硬碳、软碳、硅碳合金中的至少一种，可以大大提高锂离子单体电池在放电末期(即放电电压平台末端及以下部分)的容量。该发明的技术方案不仅实现了单体电池容量的提升，更避免了电池组中某个单体电池的过放电，最大化的发挥电池组的容量，保证电池组工作的安全性。

现有防过放负极均存在结构复杂、对电池容量影响大和安全性低等问题，因此，如何在保证防过放负极具有结构简单和制备工艺简单的情况下，还能够对电池容量影响小，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种防过放负极、其制备方法和电池，通过在集流体与负极活性材料层之间设置包括铌钛化合物的防过放功能层，从而缓冲负极电位的进一步下降，避免SEI分解以及集流体的溶解析出，具有结构简单、制备工艺简单、对电池容量影响小、防过放效果好和安全性高等特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种防过放负极，所述防过放负极包括集流体，所述集流体的至少一侧表面依次层叠设置有防过放功能层和负极活性材料层，所述防过放功能层包括铌钛化合物。