CN101630734B - 一种用改性锂离子电池负极材料制备电极片的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用改性锂离子电池负极材料制备电极片的方法，将经过氟化处理的锂离子电池负极材料，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑(或碳纤维)和活性物质按质量比2∶(1-3)∶6混合后迅速搅拌均匀制成浆料；把浆料均匀地涂敷于集流体上铜箔或者泡沫镍；将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。本发明通过化学反应，在现有的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12表面引入氟离子，完成了对负极材料改性，使其具有很好的电池动力学性能、循环性能和高倍率充放电容量，从而提高了以该材料作为负极材料的锂离子电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体为一种用改性锂离子电池负极材料Li4Ti5O12制备电极片的方法，能够显著提高可充电二次锂离子电池的大电流充放电容量和循环性。
背景技术
锂离子二次电池以其高电压、高容量、高循环性能和高能量密度等优异特性备受人们青睐，被称为21世纪的主导电源。为了更好的满足动力电池的发展需求，高性能、低成本的新型正、负极材料的研究是锂离子二次电池发展的关键。
目前锂离子电池的负极材料多采用各种嵌锂碳材料，但碳材料作为锂离子负极材料仍存在一些缺点：首次充放电效率低；与电解液发生作用；存在明显的电压滞后现象；碳材料的制备方法比较复杂。与锂离子电池中的碳负极相比，虽然合金类负极材料一般具有较高的比容量，但锂的反复嵌脱导致合金类电极在充放电过程中的体积变化较大，逐渐粉化失效，因而循环性能较差。因此，寻找廉价易制备，循环性能好、安全可靠和具有优良电化学性能的负极材料是很有意义的研究方向。
尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池负极材料具有明显的优势：是一种无应力插入材料，在充放电过程中不发生结构改变，循环性能好；有很好的充放电平台；理论比容量为175mAh/g，实际比容量可达165mAh/g，并集中在平台区域；不与电解液反应；价格便宜，容易制备。
目前对尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)的研究主要(1)表面修饰：包括用贵金属Ag或其他氧化物(CuxO)与Li4Ti5O12进行复合；裂解含碳聚合物对其进行碳包覆或者碳作为第二相引入提高其导电性；(2)掺杂提高材料的电子导电率；(3)制备纳米粒子Li4Ti5O12，以缩短锂粒子的扩散距离及增加活性材料与电解液的接触面积。但是从目前的研究成果来看，都存在充放电倍率低，不能适应大电流动力电池的需求，同时循环性和容量也有缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提出一种用改性锂离子电池负极材料Li4Ti5O12制备电极片的方法，以提高锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的高倍率充放电性能和循环性能。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
将需要改性负极材料Li4Ti5O12放入反应容器里，再将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热至25-200℃并维持10-20h，通入氟化物(F2，NF3，ClF3等含氟的氟化物)，氟化2-20min，氟化完毕，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料，所得即为经过氟化处理的锂离子电池负极材料。
将所制备的改性负极材料Li4Ti5O12作为电极活性物质，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂(PVDF)，乙炔黑(或者碳纤维)和改性负极活性材料Li4Ti5O12按质量比2∶(1-3)∶6混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于集流体上(铜箔或者泡沫镍)。将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
本发明的有益效果如下：
本发明提出对现有锂离子电池负极材料Li4Ti5O12进行氟化表面处理，通过化学反应，在现有的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12表面引入氟离子，完成了对负极材料改性，使其具有很好的电池动力学性能、循环性能和高倍率充放电容量，从而提高了以该材料作为负极材料的锂离子电池性能。
本发明表面氟化锂离子电池负极材料Li4Ti5O12具有较大的比表面积，增大了与导电剂、电解液和集流体的接触面积，提高了电极的导电能力，使得电池的电化学极化减轻和内阻分压降低，有利于电池高倍率充放电，有效解决了锂离子电池采用Li4Ti5O12作为负极材料时存在的高倍率充放电条件下电池循环性能和电池容量差的问题。
附图说明
图1原始样品和利用本发明方法(实施例1)改性处理后样品的5C倍率恒流充放电曲线；
图2原始样品和利用本发明方法(实施例1)改性处理后样品的容量、效率曲线。
具体实施方式
实施例1：
选用平均粒径2um Li4Ti5O12，放入反应容器里，再按程序将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热至200℃并维持10h，通入氟化物NF32min，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料。
将所制备的改性负极材料Li4Ti5O12作为电极活性物质，以N-甲基--2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑和活性物质按质量比2∶2∶6混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于铜箔集流体上。将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
通过常规锂离子电池负极评价方法检测结果表明，在相同倍率充放电条件下容量和循环性能都有了很大提高(图1和图2)。
对比例1
将未处理的平均粒径2um Li4Ti5O12，用做锂离子电池负极材料。通过常规锂离子电池负极评价方法检测结果表明，在相同倍率充放电条件下容量和循环性能都比本发明的实施例1差(参见图1和图2)。
实施例2：
选用平均粒径2um Li4Ti5O12，放入反应容器里，再按程序将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热至100℃并维持12h，通入氟化物NF32min，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料。
将所制备的改性负极材料Li4Ti5O12作为电极活性物质，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑和活性物质按质量比2∶2∶6混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于铜箔集流体上。将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
通过常规锂离子电池负极评价方法检测结果表明，在相同倍率充放电条件下容量和循环性能都有了很大提高。
实施例3：
选用平均粒径2um Li4Ti5O12，放入反应容器里，再按程序将反应容器装入反应炉，通入惰性气体(Ar)，加热至150℃并维持12h，通入氟化物F210min，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料。
将所制备的改性负极材料Li4Ti5O12作为电极活性物质，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑和活性物质按质量比2∶2∶6混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于铜箔集流体上。将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
通过常规锂离子电池负极评价方法检测结果表明，在相同倍率充放电条件下容量和循环性能都有了很大提高。
实施例4：
选用平均粒径2um Li4Ti5O12，放入反应容器里，再按程序将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热至70℃并维持12h，通入氟化物F22min，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料。
将所制备的改性负极材料Li4Ti5O12作为电极活性物质，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑和活性物质按质量比2∶2∶6混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于铜箔集流体上。将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
通过常规锂离子电池负极评价方法检测结果表明，在相同倍率充放电条件下容量和循环性能都有了很大提高。
实施例5：
选用平均粒径2um Li4Ti5O12，放入反应容器里，再按程序将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热至150℃并维持12h，通入氟化物ClF32min，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料。
将所制备的改性负极材料Li4Ti5O12作为电极活性物质，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑和活性物质按质量比2∶2∶6混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于铜箔集流体上。将湿电极在真壁烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
通过常规锂离子电池负极评价方法检测结果表明，在相同倍率充放电条件下容量和循环性能都有了很大提高。
实施例6：
选用平均粒径2um Li4Ti5O12，放入反应容器里，再按程序将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热至25℃并维持20h，通入氟化物ClF3 20min，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料。
将所制备的改性负极材料Li4Ti5O12作为电极活性物质，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑和活性物质按质量比2∶2∶6混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于铜箔集流体上。将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
通过常规锂离子电池负极评价方法检测结果表明，在相同倍率充放电条件下容量和循环性能都有了很大提高。
Claims (2)
1.一种用改性锂离子电池负极材料制备电极片的方法，其特征在于：将需要改性负极材料Li4Ti5O12放入反应容器里，再将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热到25-200℃，并维持10-20h，通入氟化剂，氟化2-20min，停止氟化剂通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料，所得即为经过氟化处理的锂离子电池负极材料；将所制备的锂离子电池负极材料，以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂PVDF，乙炔黑或碳纤维和活性物质按质量比2∶1-3∶6混合后迅速搅拌均匀制成浆料；把浆料均匀地涂敷于集流体铜箔或者泡沫镍；将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。
2.根据权利要求1所述一种用改性锂离子电池负极材料制备电极片的方法，其特征在于所述氟化剂为F2、NF3或ClF3中的一种。
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