專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰電池的負(fù)極材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池的負(fù)極材料及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是利用鋰離子在正極和負(fù)極材料中不同的化學(xué)勢(shì)差來(lái)儲(chǔ)藏和釋放能量的一種電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置。充電過(guò)程中，正極釋放鋰離子和電子；鋰離子穿過(guò)正、負(fù)極之間的電解質(zhì)，在負(fù)極材料中與充電電源供給的高勢(shì)能電子結(jié)合形成穩(wěn)定化合物以?xún)?chǔ)藏能量。在放電過(guò)程中，負(fù)極材料釋放鋰離子和電子，鋰離子通過(guò)電解質(zhì)回到正極，電子通過(guò)外電路回到勢(shì)能更低的正極從而對(duì)外釋放能量。目前，鋰離子電池的負(fù)極材料大多采用各種嵌鋰碳材料，碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近；當(dāng)電池過(guò)充電時(shí)，碳電極表面易析出金屬鋰，會(huì)形成枝晶而引起短路，溫度過(guò)高時(shí)易引起熱失控等；同時(shí)，鋰離子在反復(fù)地插入和脫嵌過(guò)程中，會(huì)使碳材料結(jié)構(gòu)受到破壞，從而導(dǎo)致容量的衰減。近年來(lái)對(duì)LIB非碳類(lèi)負(fù)極材料的研究也非常廣泛，錫金屬負(fù)極材料是具有較高的理論容量，但這類(lèi)均存在首次放電的不可逆容量大和循環(huán)性能差，容量衰減較快，放電電位曲線不太平穩(wěn)，在鋰離子從電解液嵌入時(shí)會(huì)劇烈的膨脹、延展和卷曲變形。與錫的氧化物 (Sn0/Sn02)相比錫基復(fù)合氧化物的循環(huán)壽命有了很大的提高，但仍然很難達(dá)到產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。鈦酸鋰(Li4Ti5O12)為鋰離子電池負(fù)極材料得到廣泛的研究。Li4Ti5O12相對(duì)于金屬鋰的電極電位為1.55 V，反應(yīng)有著十分平坦的充放電平臺(tái)，超過(guò)反應(yīng)全過(guò)程的90%，這表明兩相反應(yīng)貫串整個(gè)過(guò)程，且充放電的電壓接近。其電子導(dǎo)電性一般，電導(dǎo)率約為10 2 S/ cm。在電池開(kāi)發(fā)中卻發(fā)現(xiàn)以鈦酸鋰為負(fù)極的動(dòng)力鋰離子電池普遍存在脹氣問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電池性能的發(fā)揮。目前動(dòng)力電池技術(shù)瓶頸問(wèn)題是倍率不高、容量不大及有效深度循環(huán)能力低。技術(shù)突破的關(guān)鍵是研究發(fā)現(xiàn)新型穩(wěn)定的高導(dǎo)電率電極材料以達(dá)到動(dòng)力電池高倍率，輔以能大量嵌入鋰離子材料作為添加劑有效提高電池容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能有效降低電池內(nèi)阻，提高動(dòng)力電池的比功率，有效提高電池容量，適應(yīng)動(dòng)力電池深度循環(huán)需求的鋰電池的負(fù)極材料及其
生產(chǎn)方法。為了達(dá)到該目的一種鋰電池的負(fù)極材料，其特征在于包括活性物質(zhì)亞氧化鈦、 納米球形鍍銀硅微粉和粘接劑，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉及粘接劑的重量比為17 2 :1。所述活性物質(zhì)亞氧化鈦的分子式為T(mén)inO2lri, 4 < η < 10，活性物質(zhì)亞氧化鈦包括不同價(jià)態(tài)的氧化鈦即包含40% 70%的Ti4O7,20% 40%的Ti5O9,2% 20%的Ti6Ono
所述納米級(jí)球型鍍銀硅微粉的純度> 99. 9%，呈球形，其粒經(jīng)為D50 30nm，比表面積為80m2 / g，振實(shí)密度為O. Ig / cm3 ;納米級(jí)球型鍍銀硅微粉包括銀及納米級(jí)硅粉， 所述銀包覆納米級(jí)娃粉。所述粘接劑為聚偏氟乙烯PVDF :聚偏氟乙烯PVDF常態(tài)下為半結(jié)晶高聚物，結(jié)晶度約為 50%,密度 I. 75-1. 78g/cm3。一種鋰電池的負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下
一、原料脫水
①亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉脫水，用100°C 140 °C在常壓下烘烤2小時(shí)左
右；
②粘合劑脫水，用120°C 140°C在常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定;
③納米球形鍍銀硅微粉脫水時(shí)使用干燥分子篩；
脫水后按上述配比將亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉進(jìn)行球磨初步混合，亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉揉合在一起，提高團(tuán)聚作用和導(dǎo)電性，配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間為2小時(shí)左右；
二、制漿
①配料的初始階段為了保護(hù)原料表面不受損傷，采用攪拌槳低速攪拌，按比例將已經(jīng)磨好的粉末與粘接劑混合后平均分四次倒入動(dòng)力混合機(jī)中混合，每次間隔28-32分鐘，溫度設(shè)置為70°C 90°C，第三次、第四次加料視材料需要添加納米球形鍍銀硅微粉；攪拌機(jī)的設(shè)置為轉(zhuǎn)速15±2轉(zhuǎn)/分，攪拌115 125分鐘；第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為480±10分鐘；動(dòng)力混合機(jī)的設(shè)置為公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/ 分；粘接劑的固含量70，粘度在3000 mpa. s左右；
②真空混合將所述動(dòng)力混合機(jī)接上真空,保持真空度為-O.09Mpa，攪拌30±2分鐘； 動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分；
③鋰電池的負(fù)極材料制作完畢，室溫靜置儲(chǔ)藏，必須在8小時(shí)內(nèi)進(jìn)入拉漿涂布工序。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)為亞氧化鈦具有高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，有效降低電池內(nèi)阻，提高動(dòng)力電池的比功率，適應(yīng)動(dòng)力電池深度循環(huán)需求；添加納米硅粉以提升電池容量。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述
實(shí)施例一
一種鋰電池的負(fù)極材料，本發(fā)明的特點(diǎn)是包括活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉和粘接劑，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉及粘接劑的重量比為17 2 :1。在本實(shí)施例中，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦的分子式為T(mén)inO2lriW < η ( 10，活性物質(zhì)亞氧化鈦包括不同價(jià)態(tài)的氧化鈦即包含40%的Ti407、40%的Ti509、20%的Ti60n。在本實(shí)施例中，所述納米級(jí)球型鍍銀硅微粉的純度>99. 9%，呈球形，其粒經(jīng)為 D50nm,比表面積為80m2 / g，振實(shí)密度為O. Ig / cm3 ;納米級(jí)球型鍍銀硅微粉包括銀及納米級(jí)娃粉，所述銀包覆納米級(jí)娃粉。
在本實(shí)施例中，所述粘接劑為聚偏氟乙烯PVDF :聚偏氟乙烯PVDF常態(tài)下為半結(jié)晶高聚物，結(jié)晶度約為50%，密度I. 75g/cm3。一種鋰電池的負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下
一、原料脫水
①亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉脫水，用100°C在常壓下烘烤2小時(shí)左右；
②粘合劑脫水，用120°C在常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定；
③納米球形鍍銀硅微粉脫水時(shí)使用干燥分子篩；
脫水后按上述配比將亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉進(jìn)行球磨初步混合，亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉揉合在一起，提高團(tuán)聚作用和導(dǎo)電性，配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間為2小時(shí)左右；
二、制漿
①配料的初始階段為了保護(hù)原料表面不受損傷，采用攪拌槳低速攪拌，按比例將已經(jīng)磨好的粉末與粘接劑混合后平均分四次倒入動(dòng)力混合機(jī)中混合，每次間隔28分鐘，溫度設(shè)置為70°C，第三次、第四次加料視材料需要添加納米球形鍍銀硅微粉；攪拌機(jī)的設(shè)置為 轉(zhuǎn)速13轉(zhuǎn)/分，攪拌125分鐘；第四次加料32分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為490分鐘；動(dòng)力混合機(jī)的設(shè)置為公轉(zhuǎn)為28轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為23轉(zhuǎn)/分；粘接劑的固含量70，粘度在3000 mpa. s左右；
②真空混合將所述動(dòng)力混合機(jī)接上真空,保持真空度為-O.09Mpa，攪拌28分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置公轉(zhuǎn)為18分鐘，自轉(zhuǎn)為6轉(zhuǎn)/分；
③鋰電池的負(fù)極材料制作完畢，室溫靜置儲(chǔ)藏，必須在8小時(shí)內(nèi)進(jìn)入拉漿涂布工序。實(shí)施例二
一種鋰電池的負(fù)極材料，其特征在于包括活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉和粘接劑，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉及粘接劑的重量比為17 2 :1。在本實(shí)施例中，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦的分子式為T(mén)inO2lriJ彡η ( 10，活性物質(zhì)亞氧化鈦包括不同價(jià)態(tài)的氧化鈦即包含70%的Ti407、25%的Ti509、5%的Ti60n。在本實(shí)施例中，所述納米級(jí)球型鍍銀硅微粉的純度>99. 9%，呈球形，其粒經(jīng)為 D30nm,比表面積為80m2 / g，振實(shí)密度為O. Ig / cm3 ;納米級(jí)球型鍍銀硅微粉包括銀及納米級(jí)娃粉，所述銀包覆納米級(jí)娃粉。在本實(shí)施例中，所述粘接劑為聚偏氟乙烯PVDF :聚偏氟乙烯PVDF常態(tài)下為半結(jié)晶高聚物，結(jié)晶度約為50%，密度I. 78g/cm3。一種鋰電池的負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下
一、原料脫水
①亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉脫水，用140°C在常壓下烘烤2小時(shí)左右；
②粘合劑脫水，用140°C在常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定；
③納米球形鍍銀硅微粉脫水時(shí)使用干燥分子篩；
脫水后按上述配比將亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉進(jìn)行球磨初步混合，亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉揉合在一起，提高團(tuán)聚作用和導(dǎo)電性，配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間為2小時(shí)左右；
二、制漿①配料的初始階段為了保護(hù)原料表面不受損傷，采用攪拌槳低速攪拌，
按比例將已經(jīng)磨好的粉末與粘接劑混合后平均分四次倒入動(dòng)力混合機(jī)中混合，每次間隔32分鐘，溫度設(shè)置為90°C，第三次、第四次加料視材料需要添加納米球形鍍銀硅微粉；攪拌機(jī)的設(shè)置為轉(zhuǎn)速17轉(zhuǎn)/分，攪拌125分鐘；第四次加料32分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為 470分鐘；動(dòng)力混合機(jī)的設(shè)置為公轉(zhuǎn)為32轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為27轉(zhuǎn)/分；粘接劑的固含量70， 粘度在3000 mpa. s左右；
②真空混合將所述動(dòng)力混合機(jī)接上真空,保持真空度為-O.09Mpa，攪拌32分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置公轉(zhuǎn)為12分鐘，自轉(zhuǎn)為10轉(zhuǎn)/分；
③鋰電池的負(fù)極材料制作完畢，室溫靜置儲(chǔ)藏，必須在8小時(shí)內(nèi)進(jìn)入拉漿涂布工序。實(shí)施例三
一種鋰電池的負(fù)極材料，其特征在于包括活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉和粘接劑，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉及粘接劑的重量比為17 2 :1。在本實(shí)施例中，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦的分子式為T(mén)inO2lriJ彡η ( 10，活性物質(zhì)亞氧化鈦包括不同價(jià)態(tài)的氧化鈦即包含55%的Ti407、30%%的Ti509、15%的Ti60n。在本實(shí)施例中，所述納米級(jí)球型鍍銀硅微粉的純度>99. 9%，呈球形，其粒經(jīng)為 D40nm,比表面積為80m2 / g，振實(shí)密度為O. Ig / cm3 ;納米級(jí)球型鍍銀硅微粉包括銀及納米級(jí)娃粉，所述銀包覆納米級(jí)娃粉。在本實(shí)施例中，所述粘接劑為聚偏氟乙烯PVDF :聚偏氟乙烯PVDF常態(tài)下為半結(jié)晶高聚物，結(jié)晶度約為50%，密度I. 77g/cm3。一種鋰電池的負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下
一、原料脫水
①亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉脫水，用120°C在常壓下烘烤2小時(shí)左右；
②粘合劑脫水，用130°C在常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定；
③納米球形鍍銀硅微粉脫水時(shí)使用干燥分子篩；
脫水后按上述配比將亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉進(jìn)行球磨初步混合，亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉揉合在一起，提高團(tuán)聚作用和導(dǎo)電性，配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間為2小時(shí)左右；
二、制漿
①配料的初始階段為了保護(hù)原料表面不受損傷，采用攪拌槳低速攪拌，按比例將已經(jīng)磨好的粉末與粘接劑混合后平均分四次倒入動(dòng)力混合機(jī)中混合，每次間隔30分鐘，溫度設(shè)置為80°C，第三次、第四次加料視材料需要添加納米球形鍍銀硅微粉；攪拌機(jī)的設(shè)置為 轉(zhuǎn)速15轉(zhuǎn)/分，攪拌120分鐘；第四次加料30分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為480分鐘；動(dòng)力混合機(jī)的設(shè)置為公轉(zhuǎn)為30轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25轉(zhuǎn)/分；粘接劑的固含量70，粘度在3000 mpa. s左右；
②真空混合將所述動(dòng)力混合機(jī)接上真空,保持真空度為-O.09Mpa,攪拌30分鐘；動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置公轉(zhuǎn)為10分鐘，自轉(zhuǎn)為8轉(zhuǎn)/分；
③鋰電池的負(fù)極材料制作完畢，室溫靜置儲(chǔ)藏，必須在8小時(shí)內(nèi)進(jìn)入拉漿涂布工序。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池的負(fù)極材料，其特征在于包括活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉和粘接劑，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉及粘接劑的重量比為17 2 :1。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池的負(fù)極材料，其特征在于所述活性物質(zhì)亞氧化鈦的分子式為T(mén)in02n_1; 4 ^ 10,活性物質(zhì)亞氧化鈦包括不同價(jià)態(tài)的氧化鈦即包含40% 70%的 Ti4O7,20% 40% 的 Ti509、2% 20% 的 Ti6O11。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池的負(fù)極材料，其特征在于所述納米級(jí)球型鍍銀硅微粉的純度>99. 9%，呈球形，其粒經(jīng)為D50 30nm，比表面積為80m2 / g，振實(shí)密度為O. Ig / cm3 ;納米級(jí)球型鍍銀娃微粉包括銀及納米級(jí)娃粉,所述銀包覆納米級(jí)娃粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池的負(fù)極材料，其特征在于所述粘接劑為聚偏氟乙烯 PVDF :聚偏氟乙烯PVDF常態(tài)下為半結(jié)晶高聚物，結(jié)晶度約為50%，密度I. 75 I. 78g/cm3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述鋰電池的負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟如下一、原料脫水①亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉脫水，用100°C 140 °C在常壓下烘烤2小時(shí)左右；②粘合劑脫水，用120°C 140°C在常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定;③納米球形鍍銀硅微粉脫水時(shí)使用干燥分子篩；脫水后按上述配比將亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉進(jìn)行球磨初步混合，亞氧化鈦及納米球形鍍銀硅微粉揉合在一起，提高團(tuán)聚作用和導(dǎo)電性，配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間為2小時(shí)左右；二、制漿①配料的初始階段為了保護(hù)原料表面不受損傷，采用攪拌槳低速攪拌，按比例將已經(jīng)磨好的粉末與粘接劑混合后平均分四次倒入動(dòng)力混合機(jī)中混合，每次間隔28-32分鐘，溫度設(shè)置為70 V 90°C，第三次、第四次加料視材料需要添加納米球形鍍銀硅微粉；攪拌機(jī)的設(shè)置為轉(zhuǎn)速15±2轉(zhuǎn)/分，攪拌115 125分鐘；第四次加料30±2分鐘后進(jìn)行高速攪拌，時(shí)間為480±10分鐘；動(dòng)力混合機(jī)的設(shè)置為公轉(zhuǎn)為30±2轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)為25±2轉(zhuǎn)/ 分；粘接劑的固含量70，粘度在3000 mpa. s左右；②真空混合將所述動(dòng)力混合機(jī)接上真空,保持真空度為-O.09Mpa，攪拌30±2分鐘； 動(dòng)力混合機(jī)參數(shù)設(shè)置公轉(zhuǎn)為10±2分鐘，自轉(zhuǎn)為8±2轉(zhuǎn)/分；③鋰電池的負(fù)極材料制作完畢，室溫靜置儲(chǔ)藏，必須在8小時(shí)內(nèi)進(jìn)入拉漿涂布工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰電池的負(fù)極材料及其生產(chǎn)方法，其特征在于包括活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉和粘接劑，所述活性物質(zhì)亞氧化鈦、納米球形鍍銀硅微粉及粘接劑的重量比為1721。其生產(chǎn)步驟為一、原料脫水，二、制漿。其優(yōu)點(diǎn)為亞氧化鈦具有高導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，有效降低電池內(nèi)阻，提高動(dòng)力電池的比功率，適應(yīng)動(dòng)力電池深度循環(huán)需求；添加納米硅粉以提升電池容量。
文檔編號(hào)H01M4/48GK102593440SQ20111039218
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者吳鋼, 甄德瑜 申請(qǐng)人:湖北中能鋰電科技有限公司