[发明专利]一种锂电池纳米氧化物包覆钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池的负极材料及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种锂电池纳米氧化物包覆钛酸锂负极材料及其制备方法，属于锂电池负极材料技术领域。

背景技术

目前，锂离子电池用负极材料的研究重点正朝着高比能量、高充放电效率、高循环性能和耐高倍率充放电的动力型电池材料方向发展。现在已商业化的锂离子电池用负极材料大多都是碳负极，但是碳负极材料存在一些缺陷，如：首次放电过程中生成SEI膜（固体电解质膜），造成不可逆容量损失，高温可能导致电池板失效或引起安全性问题，大电流充放电性能较差等，这些问题使得该材料已经不能满足高效电池尤其是动力电池的需求。

与碳负极相比，尖晶石型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）材料具有很多优点，如：1）具有较高的固相离子传导率，因而具有良好的快速充电性能，10C充电容量大于80%DOD（放电深度）；2）钛酸锂材料在电池首次充放电过程中不需要性能SEI膜，因此具有较高的能量转换效率；3）钛酸锂材料在充电过程中不形成锂金属或合金，具有较高的安全性；4）钛酸锂材料在循环过程中晶体结构稳定，具有良好的循环稳定性。因此钛酸锂材料可作为锂离子动力电池的良好负极材料，是目前锂离子电池负极材料研究的热点，也是设计混合动力汽车动力电池的热门对象。

但是，钛酸锂还具有颗粒尺寸小、比表面积大、吸水性较强的特点。常用的氧化物包覆物均是类球状的，包覆效果较差，不能将钛酸锂致密包裹。电池制备过程中，环境水分又难以控制，导致电池内部水分含量过高。进而引起连锁电化学反应，促进电解液分解，并释放出大量的气体。特别是钛酸锂电池经过高温储存后，电池内部会聚集大量的气体，电池的膨胀现象非常明显，严重制约了电池性能的发挥。

国家知识产权局于2011.12.28公开了一件申请号为201110204060.1，名称为“负极活性物质及其制备方法以及采用该负极活性物质制备的锂离子二次电池”的发明专利，该专利提供一种负极活性物质及其制备方法以及采用该负极活性物质制备的锂离子二次电池：将球状氧化物和棒状氧化物混合得混合氧化物，将混合氧化物放入质量分数为4%的聚偏二氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中球磨混合1h，然后再加入钛酸锂并球磨混合3h得浆料，将浆料加热并于170℃搅拌至干燥得钛系复合材料，将钛系复合材料在通入Ar或者N₂或者真空下于600℃烘烤24-72h，烘烤后降至室温得到负极活性物质，所形成的负极活性物质具有包覆层致密而且均匀的特点，可以有效的减少钛酸锂与水分的接触，由于氧化物的粒径大小是纳米级，能够有效的将钛酸锂包裹，最大限度的避免了气胀现象的发生，有利于提高锂离子二次电池的循环寿命、储存性能和安全性。

上述专利中，溶剂为N-甲基吡咯烷酮溶液，为有机体系，成本高、不环保；粘结剂是采用氟系粘结剂即聚偏二氟乙烯，成本高、不环保，且造成电极浆料稳定性甚至电池的稳定性不高；另外，上述专利还存在电极浆料固含量低，稳定性和一致性不佳的问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中，钛酸锂负极材料造成电池气胀，以及对比文件中成本高、不环保，电极、电池稳定性和一致性不佳的问题，提供一种锂电池纳米氧化物包覆钛酸锂负极材料，解决了电池气胀问题，延长了电池寿命，提高了安全性，且成本低、环保，稳定性和一致性佳。

本发明的另一个目的为提供一种上述锂电池纳米氧化物包覆钛酸锂负极材料的优化制备方法。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种锂电池纳米氧化物包覆钛酸锂负极材料，其特征在于：包括以下按照重量百分比计的原料组分：

混合氧化物                     1-10%

钛酸锂                         40-60%

水性粘结剂                     1-8%

表面活性剂                     0.5-2%

去离子水                       20-57.5%；

所述的混合氧化物为棒状氧化物和球状氧化物，混合氧化物为包覆层包覆于钛酸锂表面；

所述的表面活性剂为聚氧乙烯一聚氧丙烯聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯脂肪醇醚和聚氧乙烯脂肪酸酯中一种或任意比例的多种。

本发明优选的，所述的棒状氧化物为氧化锆、氧化硅、氧化钙。

本发明优选的，所述的球状氧化物为氧化锌、氧化硼。