CN102593440A - 锂电池的负极材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池的负极材料及其生产方法，其特征在于包括活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉和粘接剂，所述活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉及粘接剂的重量比为：17：2：1。其生产步骤为：一、原料脱水，二、制浆。其优点为：亚氧化钛具有高导电性和稳定性，有效降低电池内阻，提高动力电池的比功率，适应动力电池深度循环需求；添加纳米硅粉以提升电池容量。

Description

锂电池的负极材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种锂电池的负极材料及其生产方法。

背景技术

锂离子电池是利用锂离子在正极和负极材料中不同的化学势差来储藏和释放能量的一种电化学能量转换装置。充电过程中，正极释放锂离子和电子；锂离子穿过正、负极之间的电解质，在负极材料中与充电电源供给的高势能电子结合形成稳定化合物以储藏能量。在放电过程中，负极材料释放锂离子和电子，锂离子通过电解质回到正极，电子通过外电路回到势能更低的正极从而对外释放能量。

目前，锂离子电池的负极材料大多采用各种嵌锂碳材料，碳电极的电位与金属锂的电位很接近；当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，会形成枝晶而引起短路，温度过高时易引起热失控等；同时，锂离子在反复地插入和脱嵌过程中，会使碳材料结构受到破坏，从而导致容量的衰减。

近年来对 LIB 非碳类负极材料的研究也非常广泛，锡金属负极材料是具有较高的理论容量，但这类均存在首次放电的不可逆容量大和循环性能差，容量衰减较快，放电电位曲线不太平稳，在锂离子从电解液嵌入时会剧烈的膨胀、延展和卷曲变形。与锡的氧化物(SnO/SnO2)相比锡基复合氧化物的循环寿命有了很大的提高，但仍然很难达到产业化标准。

钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）为锂离子电池负极材料得到广泛的研究。Li₄Ti₅O₁₂相对于金属锂的电极电位为1.55 V，反应有着十分平坦的充放电平台，超过反应全过程的90%，这表明两相反应贯串整个过程， 且充放电的电压接近。其电子导电性一般，电导率约为10～2 S/cm。在电池开发中却发现以钛酸锂为负极的动力锂离子电池普遍存在胀气问题，严重影响了电池性能的发挥。

目前动力电池技术瓶颈问题是倍率不高、容量不大及有效深度循环能力低。技术突破的关键是研究发现新型稳定的高导电率电极材料以达到动力电池高倍率，辅以能大量嵌入锂离子材料作为添加剂有效提高电池容量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种能有效降低电池内阻，提高动力电池的比功率，有效提高电池容量，适应动力电池深度循环需求的锂电池的负极材料及其生产方法。

为了达到该目的  一种锂电池的负极材料，其特征在于包括活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉和粘接剂，所述活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉及粘接剂的重量比为：17：2：1。

所述活性物质亚氧化钛的分子式为Ti_nO_2n-1，4≤n≤10，活性物质亚氧化钛包括不同价态的氧化钛即包含40%～70%的Ti₄O₇、20%～40%的Ti₅O₉、2%～20%的Ti₆O₁₁。

所述纳米级球型镀银硅微粉的纯度＞99.9％ ，呈球形，其粒经为D50～30nm，比表面积为80m²／g，振实密度为0.1g／cm³；纳米级球型镀银硅微粉包括银及纳米级硅粉，所述银包覆纳米级硅粉。

所述粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF：聚偏氟乙烯PVDF常态下为半结晶高聚物，结晶度约为50%,密度1.75-1.78g/cm³。

一种锂电池的负极材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

一、原料脱水

① 亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉脱水，用100 ^oC～140 ^oC在常压下烘烤2小时左右；

② 粘合剂脱水，用120^oC～140 ^oC在常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定；

③纳米球形镀银硅微粉脱水时使用干燥分子筛；

脱水后按上述配比将亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉进行球磨初步混合，亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉揉合在一起，提高团聚作用和导电性，配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间为2小时左右；

二、制浆

① 配料的初始阶段为了保护原料表面不受损伤，采用搅拌桨低速搅拌，按比例将已经磨好的粉末与粘接剂混合后平均分四次倒入动力混合机中混合，每次间隔28-32分钟，温度设置为70℃～90℃，第三次、第四次加料视材料需要添加纳米球形镀银硅微粉；搅拌机的设置为：转速15±2转/分，搅拌115～125分钟；第四次加料30±2分钟后进行高速搅拌，时间为480±10分钟；动力混合机的设置为：公转为30±2转/分，自转为25±2转/分；粘接剂的固含量70，粘度在3000 mpa.s左右；

② 真空混合：将所述动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌30±2分钟；动力混合机参数设置：公转为10±2分钟，自转为8±2转/分；

③锂电池的负极材料制作完毕，室温静置储藏，必须在8小时内进入拉浆涂布工序。

本发明与现有技术相比的优点为：亚氧化钛具有高导电性和稳定性，有效降低电池内阻，提高动力电池的比功率，适应动力电池深度循环需求；添加纳米硅粉以提升电池容量。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的详述： 

实施例一

一种锂电池的负极材料，本发明的特点是包括活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉和粘接剂，所述活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉及粘接剂的重量比为：17：2：1。

在本实施例中，所述活性物质亚氧化钛的分子式为Ti_nO_2n-1，4≤n≤10，活性物质亚氧化钛包括不同价态的氧化钛即包含40%的Ti₄O₇、40%的Ti₅O₉、20%的Ti₆O₁₁。

在本实施例中，所述纳米级球型镀银硅微粉的纯度＞99.9％ ，呈球形，其粒经为D50nm，比表面积为80m²／g，振实密度为0.1g／cm³；纳米级球型镀银硅微粉包括银及纳米级硅粉，所述银包覆纳米级硅粉。

在本实施例中，所述粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF：聚偏氟乙烯PVDF常态下为半结晶高聚物，结晶度约为50%,密度1.75g/cm³。

一种锂电池的负极材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

一、原料脱水

① 亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉脱水，用100 ^oC在常压下烘烤2小时左右；

② 粘合剂脱水，用120 ^oC在常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定；

③纳米球形镀银硅微粉脱水时使用干燥分子筛；

脱水后按上述配比将亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉进行球磨初步混合，亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉揉合在一起，提高团聚作用和导电性，配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间为2小时左右；

二、制浆

① 配料的初始阶段为了保护原料表面不受损伤，采用搅拌桨低速搅拌，按比例将已经磨好的粉末与粘接剂混合后平均分四次倒入动力混合机中混合，每次间隔28分钟，温度设置为70℃，第三次、第四次加料视材料需要添加纳米球形镀银硅微粉；搅拌机的设置为：转速13转/分，搅拌125分钟；第四次加料32分钟后进行高速搅拌，时间为490分钟；动力混合机的设置为：公转为28转/分，自转为23转/分；粘接剂的固含量70，粘度在3000 mpa.s左右；

② 真空混合：将所述动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌28分钟；动力混合机参数设置：公转为18分钟，自转为6转/分；

③锂电池的负极材料制作完毕，室温静置储藏，必须在8小时内进入拉浆涂布工序。

实施例二

一种锂电池的负极材料，其特征在于包括活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉和粘接剂，所述活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉及粘接剂的重量比为：17：2：1。

在本实施例中，所述活性物质亚氧化钛的分子式为Ti_nO_2n-1，4≤n≤10，活性物质亚氧化钛包括不同价态的氧化钛即包含70%的Ti₄O₇、25%的Ti₅O₉、5%的Ti₆O₁₁。

在本实施例中，所述纳米级球型镀银硅微粉的纯度＞99.9％ ，呈球形，其粒经为D30nm，比表面积为80m²／g，振实密度为0.1g／cm³；纳米级球型镀银硅微粉包括银及纳米级硅粉，所述银包覆纳米级硅粉。

在本实施例中，所述粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF：聚偏氟乙烯PVDF常态下为半结晶高聚物，结晶度约为50%,密度1.78g/cm³。

一种锂电池的负极材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

一、原料脱水

① 亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉脱水，用140 ^oC在常压下烘烤2小时左右；

② 粘合剂脱水，用140 ^oC在常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定；

③纳米球形镀银硅微粉脱水时使用干燥分子筛；

脱水后按上述配比将亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉进行球磨初步混合，亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉揉合在一起，提高团聚作用和导电性，配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间为2小时左右；

二、制浆

① 配料的初始阶段为了保护原料表面不受损伤，采用搅拌桨低速搅拌，

按比例将已经磨好的粉末与粘接剂混合后平均分四次倒入动力混合机中混合，每次间隔32分钟，温度设置为90℃，第三次、第四次加料视材料需要添加纳米球形镀银硅微粉；搅拌机的设置为：转速17转/分，搅拌125分钟；第四次加料32分钟后进行高速搅拌，时间为470分钟；动力混合机的设置为：公转为32转/分，自转为27转/分；粘接剂的固含量70，粘度在3000 mpa.s左右；

② 真空混合：将所述动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌32分钟；动力混合机参数设置：公转为12分钟，自转为10转/分；

③锂电池的负极材料制作完毕，室温静置储藏，必须在8小时内进入拉浆涂布工序。

实施例三

一种锂电池的负极材料，其特征在于包括活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉和粘接剂，所述活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉及粘接剂的重量比为：17：2：1。

在本实施例中，所述活性物质亚氧化钛的分子式为Ti_nO_2n-1，4≤n≤10，活性物质亚氧化钛包括不同价态的氧化钛即包含55%的Ti₄O₇、30%%的Ti₅O₉、15%的Ti₆O₁₁。

在本实施例中，所述纳米级球型镀银硅微粉的纯度＞99.9％ ，呈球形，其粒经为D40nm，比表面积为80m²／g，振实密度为0.1g／cm³；纳米级球型镀银硅微粉包括银及纳米级硅粉，所述银包覆纳米级硅粉。

在本实施例中，所述粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF：聚偏氟乙烯PVDF常态下为半结晶高聚物，结晶度约为50%,密度1.77g/cm³。

一种锂电池的负极材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

一、原料脱水

① 亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉脱水，用120 ^oC在常压下烘烤2小时左右；

② 粘合剂脱水，用130 ^oC在常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定；

③纳米球形镀银硅微粉脱水时使用干燥分子筛；

脱水后按上述配比将亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉进行球磨初步混合，亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉揉合在一起，提高团聚作用和导电性，配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间为2小时左右；

二、制浆

① 配料的初始阶段为了保护原料表面不受损伤，采用搅拌桨低速搅拌，按比例将已经磨好的粉末与粘接剂混合后平均分四次倒入动力混合机中混合，每次间隔30分钟，温度设置为80℃，第三次、第四次加料视材料需要添加纳米球形镀银硅微粉；搅拌机的设置为：转速15转/分，搅拌120分钟；第四次加料30分钟后进行高速搅拌，时间为480分钟；动力混合机的设置为：公转为30转/分，自转为25转/分；粘接剂的固含量70，粘度在3000 mpa.s左右；

② 真空混合：将所述动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌30分钟；动力混合机参数设置：公转为10分钟，自转为8转/分；

③锂电池的负极材料制作完毕，室温静置储藏，必须在8小时内进入拉浆涂布工序。

Claims (5)

1.一种锂电池的负极材料，其特征在于包括活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉和粘接剂，所述活性物质亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉及粘接剂的重量比为：17：2：1。

2.根据权利要求1所述的锂电池的负极材料，其特征在于所述活性物质亚氧化钛的分子式为Ti_nO_2n-1，4≤n≤10，活性物质亚氧化钛包括不同价态的氧化钛即包含40%～70%的Ti₄O₇、20%～40%的Ti₅O₉、2%～20%的Ti₆O₁₁。

3.根据权利要求1所述的锂电池的负极材料，其特征在于所述纳米级球型镀银硅微粉的纯度＞99.9％ ，呈球形，其粒经为D50～30nm，比表面积为80m²／g，振实密度为0.1g／cm³；纳米级球型镀银硅微粉包括银及纳米级硅粉，所述银包覆纳米级硅粉。

4.根据权利要求1所述的锂电池的负极材料，其特征在于所述粘接剂为聚偏氟乙烯PVDF：聚偏氟乙烯PVDF常态下为半结晶高聚物，结晶度约为50%,密度1.75～1.78g/cm³。

5.根据权利要求1所述锂电池的负极材料的生产方法，其特征在于步骤如下：

一、原料脱水

① 亚氧化钛、纳米球形镀银硅微粉脱水，用100 ^oC～140 ^oC在常压下烘烤2小时左右；

② 粘合剂脱水，用120^oC～140 ^oC在常压烘烤2小时左右，烘烤温度视分子量的大小决定；

③纳米球形镀银硅微粉脱水时使用干燥分子筛；

脱水后按上述配比将亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉进行球磨初步混合，亚氧化钛及纳米球形镀银硅微粉揉合在一起，提高团聚作用和导电性，配成浆料后不会单独分布于粘合剂中，球磨时间为2小时左右；

二、制浆

① 配料的初始阶段为了保护原料表面不受损伤，采用搅拌桨低速搅拌，按比例将已经磨好的粉末与粘接剂混合后平均分四次倒入动力混合机中混合，每次间隔28-32分钟，温度设置为70℃～90℃，第三次、第四次加料视材料需要添加纳米球形镀银硅微粉；搅拌机的设置为：转速15±2转/分，搅拌115～125分钟；第四次加料30±2分钟后进行高速搅拌，时间为480±10分钟；动力混合机的设置为：公转为30±2转/分，自转为25±2转/分；粘接剂的固含量70，粘度在3000 mpa.s左右；

② 真空混合：将所述动力混合机接上真空，保持真空度为-0.09Mpa，搅拌30±2分钟；动力混合机参数设置：公转为10±2分钟，自转为8±2转/分；

③锂电池的负极材料制作完毕，室温静置储藏，必须在8小时内进入拉浆涂布工序。