[发明专利]一种负极片及其制备方法与电池

说明书

本发明涉及一种负极片及其制备方法与电池，所述负极片包括集流体和设置于集流体至少一个表面的活性材料层，在所述活性材料层表面远离集流体的一侧设置涂层；所述涂层的材料包括改性钛酸锂。本发明中在活性材料表面设置了含有改性钛酸锂的涂层，能够有效提升电芯过充的安全性，改性钛酸锂涂层不仅能提高负极界面的化学稳定性，减少过充的内部产热，同时，过充导致的过渡析锂也能有效地被改性钛酸锂涂层的结构稳定性抑制，从而抑制锂枝晶生长，极大地减弱了隔膜微穿孔导致的短路。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种负极片及其制备方法与电池。

背景技术

动力电池最为看重的技术指标包括能量密度、安全性能、循环寿命、制成成本和多环境适应性等。

三元电池一度以其高能量密度、低温适应性优异和循环寿命良好等优势与磷酸铁锂电池并驾齐驱，但磷酸铁锂由于其成本更低和安全更可靠的两大优势更加占据市场，未来几年锂电行业将会更多的把目光集中在降本和提高安全上。

锂电池安全不仅包括限制其使用过程的滥用，更多的体现在其可靠性，也就是消除自发性自燃、瞬间掉电等异常状态。触发该异常状态不外乎三大原因：内部短路、高温诱发、电压超使用阈值，而这些最终又会归结到电芯内部温度上，随着内部温度升高，电芯依次发生负极SEI膜分解、负极与电解液副反应加剧，进而隔膜基膜熔化、电解液气化、正极热分解、电解质分解，之后电芯内部引发大面积短路，直至热失控瞬间黑烟、燃烧、爆炸。针对最先发生的负极SEI膜分解、负极与电解液副反应加剧，提高其反应温度阈值、减弱其反应程度是可行的思路。

目前，石墨类负极材料凭借其加工性能简易、克容量高、放电区间大、价格友好等优势，但其倍率性能不佳，并且石墨负极基于脱嵌机制的脱锂电位约0.1V vs.Li/Li⁺，略高于金属锂的脱锂电位(0V)，意味着石墨负极极易产生析锂。锂枝晶的生长会导致刺穿隔膜，从而容易引发安全问题。

因此，如何能够克服石墨负极极易产生析锂的缺陷，从而提高安全性，是石墨负极片技术领域亟需考虑的技术问题。

值得借鉴的是，碳包覆的钛酸锂负极材料，其具有较高的工作电压1.5～1.7V，并且由钛氧键组成的八面体结构存在大量的空间间隙可以提供Li⁺的存储和转移；然而，较高的工作电压也意味着全输出电压较低，进而体现在能量密度低，除此之外，钛酸锂的本征电子导电率低是限制其倍率能力的瓶颈。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种负极片及其制备方法与电池，在活性材料表面设置了含有改性钛酸锂的涂层，所述改性钛酸锂的结构是由钛离子与周围六个氧离子形成的八面体结构，在充放电过程中晶体骨架保持不变，保证了负极在脱嵌锂过程的稳定和零应变特性，从而提高了负极片的安全性能；并且改性钛酸锂相对于钛酸锂能降低嵌锂工作电位和优化电子导电能力，从而提高了负极片的倍率能力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种负极片，所述负极片包括集流体和设置于集流体至少一个表面的活性材料层，在所述活性材料层表面远离集流体的一侧设置涂层；

所述涂层的材料包括改性钛酸锂。

本发明中在活性材料表面设置了含有改性钛酸锂的涂层，能够有效提升电芯过充的安全性，改性钛酸锂涂层不仅能提高负极界面的化学稳定性，减少过充的内部产热，同时，过充导致的过渡析锂也能有效地被改性钛酸锂涂层的结构稳定性抑制，从而抑制锂枝晶生长，极大地减弱了隔膜微穿孔导致的短路。

本发明提供的改性钛酸锂，结构是由钛离子与周围六个氧离子形成的八面体结构，在充放电过程中晶体骨架保持不变，保证了负极在脱嵌锂过程的稳定和零应变特性，从而提高了负极片的安全性能；并且改性钛酸锂相对于钛酸锂能降低嵌锂工作电位和优化电子导电能力，从而提高了负极片的倍率能力。