[发明专利]一种快充锂离子电池负极用改性集流体及其制备方法

说明书

一种快充锂离子电池负极用改性集流体及其制备方法，其中改性集流体包括集流体本体，及由内往外依次设置在集流体本体正面的第一碳纳米管掺杂石墨涂层、第一钛酸锂涂层；以及设置在其反面的第二碳纳米管掺杂石墨涂层、第二钛酸锂涂层。本发明还提供上述改性集流体的制备方法。本发明提供的快充锂离子电池负极用改性集流体结构简单，实用性强，可根据电芯尺寸要求更改涂宽，设计灵活，应用广泛；采用的碳纳米管掺杂石墨材料涂层可以有效提高电池内部的电子电导和离子电导；钛酸锂涂层在锂离子电池充放电过程中可释放一定的锂离子来缓解由于负极材料结构的不可逆变化造成的容量损失；该集流体能有效改善三元体系材料的倍率、循环及安全性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池集流体，尤其涉及一种快充锂离子电池负极用改性集流体及其制备方法，属于锂离子电池制造领域。

技术背景

锂离子电池主要包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液四大组成部分，其中正极材料是商业化理离子电池中决定电池性能和成本的关键。

目前锂离子动力电池化学体系主要采用三元(NCM，NCA)正极材料搭配碳负极，虽然这种化学体系搭配能保证动力电池较高的能量密度，但是由于三元材料自身的结构特点，其在大电流密度下及低温条件下的电化学性能都较差，尤其是对电动汽车快充快放要求的提高，目前三元材料体系还很难满足电动汽车大电流充电的应用需求。

同时高容量的三元材料中的镍含量较高，材料的稳定性与其它材料相比就较差，在过充条件下，材料会因较大的极化而产生不可逆的结构变化，同时在电池充/放电过程中产生大量的热，促使电解液氧化分解，提高锂离子电池起火、爆炸等不安全风险。

商业化的石墨负极材料具有优异的结构稳定性和循环性能，但其容量较低，且较大的比表面积使其对电解液较为敏感，使得锂离子的嵌入带有方向性，因此进行石墨表面处理，提高其结构稳定性，促进锂离子在其表面上的扩散是解决其缺陷的有效措施。

工业上采用的三元化学体系存在的结构和安全性能上的缺陷在一定程度上阻碍了锂离子电池的发展和推广。钛酸锂由于具有优异的循环性能和平稳的充/放电电压平台被称为“零应变材料”，且其作为负极材料在锂离子电池充放电过程中可释放一定的锂离子来缓解因正、负极材料产生的一些不可逆的结构变化导致的容量损失和安全问题。集流体与活性材料接触，起到将活性材料产生的电流汇集，对外进行大电流输出的作用，因此，集流体与活性材料接触情况的优劣是影响电池充放电性能的重要因素。

鉴于此，本发明拟采用对集流体进行碳纳米管掺杂石墨材料涂覆，同时将负极材料涂覆在涂层外周的改性的方法提高锂离子电池的电化学性能和安全性能。

CN107359353A公开一种改性锂电池集流体表面涂布用水性导电浆料，包括以下组分：导电材料，分散剂，纤维素，润湿剂，粘结剂，物理微球发泡剂，余量为去离子水。该对比文件提供的改性浆料能提升快速充放电能力，但其主要是增加集流体与活性材料颗粒间的接触面积和增加极片材料与集流体附着力来实现充放电能力的提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种快充锂离子电池负极用改性集流体及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的总体思路如下：针对三元化学体系材料在锂离子电池充/放电过程中存在的结构不稳定导致的电化学性能差，安全隐患较高等问题，本发明从集流体的角度出发，提供一种快充锂离子电池负极用改性集流体，在集流体表面上涂覆一层碳纳米管掺杂石墨材料的涂层，碳纳米管通过掺杂作用，其管径端进入石墨表面的缺陷结构中，增大该复合碳材料的比表面积，同时可有效提高电池充/放电过程中的电子电导和离子电导，同时将结构稳定性较好的钛酸锂均匀涂覆在碳涂层外围，缓解电池在充放电过程中由于三元正极材料结构的不可逆变化导致的容量损失和安全隐患。