[发明专利]一种锂电池缓解胀气的钛酸锂负极及制备方法

说明书

本发明属于锂电池负极料技术领域，具体涉及一种锂电池缓解胀气的钛酸锂负极及制备方法。本发明方法包括如下步骤：将钛酸锂粉末加入无水乙醇溶液中配制为悬浊液，超声处理3～6h，离心分离收集沉淀，烘干，获得改性钛酸锂粉；将改性钛酸锂粉加入碳酸乙烯酯，搅拌混合均匀，获得悬浊液备用；将苯甲醇引发剂和1,8‑二氮杂二环十一碳‑7‑烯（DBU）催化剂加入二氯甲烷中，缓慢搅拌至完全溶解，之后与悬浊液共混，将体系密封后水浴加热至50～60℃，反应6～8h后加入正己烷，静置15～25min后过滤分离沉淀，在真空烘箱中干燥，获得改性钛酸锂负极材料。本发明制备的钛酸锂负极在抑制其产气的同时不影响Li离子的传导。

技术领域

本发明属于锂电池负极料技术领域，具体涉及一种锂电池缓解胀气的钛酸锂负极及制备方法。

背景技术

锂离子电池以其能量密度高，价格低，自放电小，无污染和无记忆效应等特点，在商业上获得了巨大的成功，并在实际中得到广泛应用。目前商用锂离子电池负极材料以石墨和硅为主，石墨负极的容量较小，硅基负极材料虽然容量较高，但其循环性能非常不稳定。特别是在大倍率充放电情况下，石墨和硅负极的衰减非常严重，会严重影响锂离子电池的循环寿命。

钛酸锂材料作为一种新型锂离子电池负极材料，具有优异的倍率性能和稳定的结构，在电池的快充能力上具有非常明显的优势，同时对温度的响应不明显，适用于各种高温恶劣环境。但是在充放电过程中，钛酸锂会催化电解液中的六氟磷酸锂分解为LiF和PF5，会导致大量气体产生，导致电池鼓包，对其循环性能影响非常大。

针对这一问题，专利申请CN201410306738.0提出了一种表面酯化物修饰的钛酸锂材料制备方法，主要包括以下两个步骤：1)钛酸锂材料表面羟基改性；2)钛酸锂材料表面羟基酯化接枝包覆。本发明通过对材料表面进行原位接枝包覆，一方面能够消除钛酸锂材料的表面悬键，抑制钛酸锂材料表面作为路易斯酸对电解液分解的催化过程；另一方面在钛酸锂材料表面形成分子层厚度的具有Li离子能够通过但电子绝缘特性的保护膜层，避免了活性材料与电解液界面的直接接触而发生的副反应。通过该方法改性的钛酸锂材料很好的解决了电池充放电循环过程中持续产生气体导致电池鼓胀的问题。

专利申请CN201510062402.9提出了一种防止尖晶石钛酸锂基锂离子电池胀气的电解液体系。在有机电解液体系中加入添加剂，该添加剂在电池循环过程中由于自身的还原反应在Li4Ti₅O₁₂电极表面形成一层固体电解质膜，阻止钛酸锂电极和有机电解液的直接接触，从而防止产生胀气；添加剂由有机硼酸锂盐和含酰胺基团或酰亚胺基团的有机物组成，添加剂的添加量为电解液体系总重量的0.2-10wt％。本发明采用有机硼酸锂盐作为有机电解液的成膜添加剂，其在电池循环过程中由于自身的还原反应在电极表面形成一层稳定的SEI膜，而含酰胺或酰亚胺基团的有机物则可以与电解液中的痕量水分反应，抑制LiPF₆高温下的解离，从而防止胀气现象，提高了电池的循环寿命。因此，针对钛酸锂负极的胀气的抑制具有十分重要的实际意义。

专利申请CN201610872147.9 公开了一种防胀气添加剂及其适用的钛酸锂电池，添加剂为含氮磷酸酯/亚磷酸酯衍生物，其适用的钛酸锂电池电池包括钛基负极活性材料和碳酸酯或长链醚类溶剂电解液。本发明提供的防胀气添加剂与现有的钛酸锂电池符合很好，不需要更换薄膜、正极材料、外壳；可有效抑制钛酸锂电池的胀气现象。本发明提供的防胀气添加剂及其适用的钛酸锂电池成分清晰，制备方法简单，适合工业应用，在动力电池和储能电池领域具有广泛的应用前景。