[发明专利]钛酸锂电池浆料及其制备方法、钛酸锂电池极片及钛酸锂电池

说明书

本发明提供了一种钛酸锂电池浆料及其制备方法、钛酸锂电池极片及钛酸锂电池。该钛酸锂电池浆料包括导电剂、PVDF、有机溶剂以及活性物质，该活性物质包括锂钛酸盐和钛铌氧化物。本申请将活性物质钛酸锂与理论克容量更高的钛铌氧化物一起使用，制备出一种高容量、高倍率性能的钛酸锂电池浆料。尤其是通过钛铌氧化物与钛酸锂的协同作用，使得该钛酸锂电池浆料综合了钛铌氧化物与钛酸锂的电化学性能，从而提高了钛酸锂电池负极片的能量密度及倍率性能，进而使钛酸锂电池具有较高的容量及较优的循环性能。且上述钛酸锂电池浆料的配方简单，成本低，相较于传统的钛酸锂负极片，具有更优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及钛酸锂电池技术领域，具体而言，涉及一种钛酸锂电池浆料及其制备方法、钛酸锂电池极片及钛酸锂电池。

背景技术

随着社会经济的发展，人类社会对新能源材料的发展与应用有了越来越多的需求。风能、水能、电能、太阳能等清洁能源受到了越来越多的重视，尤其是锂离子电池技术在最近几十年获得了突飞猛进的发展，使得其商业化应用成为可能。在锂离子电池中，负极材料扮演着重要的角色。目前，研究较多的负极材料主要包括石墨材料、钛酸锂以及硅等。其中，石墨材料是当前商业化应用较多的负极材料，其特点是循环稳定性好，但是其存在的安全性问题仍然是备受争论的焦点；硅材料虽然拥有非常大的理论比容量，但是巨大的体积效应在很大程度上限制了其容量的发挥；钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)被称之为“零应变材料”，其安全性能好，循环寿命长，有稳定的充放电平台，有极好的耐高温和低温的性能，在高温和低温的恶劣环境中，仍旧能正常工作，可进行大倍率充放电，但钛酸锂材料也有明显的缺点，其理论容量为175mAh/g，实际发挥克容量仅为150～168mAh/g，且其相对碳材料有较高的电压平台，约为1.55V，因此钛酸锂电池相对磷酸铁锂、三元等电池能量密度较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钛酸锂电池浆料及其制备方法、钛酸锂电池极片及钛酸锂电池，以解决现有技术中钛酸锂电池的容量低以及倍率性能较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种钛酸锂电池浆料，该钛酸锂电池浆料包括导电剂、PVDF、有机溶剂以及活性物质，该活性物质包括锂钛酸盐和钛铌氧化物。

进一步地，上述锂钛酸盐与钛铌氧化物的质量比为1:1～9:1，优选为3:2～4:1。

进一步地，以钛酸锂电池浆料的干重计，上述钛酸锂电池浆料包括90～94％的活性物质、3～5％的导电剂、3～5％的PVDF，优选活性物质、导电剂以及PVDF的质量比为90:5:5、91:4.5:4.5、92:4:4、93:3.5:3.5、94:3:3中的任意一种，优选导电剂选自炭黑、石墨、乙炔黑、纳米碳纤维、碳纳米管中的任意一种或多种。

进一步地，上述有机溶剂为NMP，优选PVDF与NMP的质量比为3:97～5:95。

进一步地，上述钛酸锂电池浆料的粘度为5000～10000mpa·s，优选钛酸锂电池浆料的细度＜60μm。

根据本发明的另一个方面，提供了一种前述钛酸锂电池浆料的制备方法，该制备方法包括：将包括导电剂、PVDF、有机溶剂以及活性物质的物料进行混合，得到钛酸锂电池浆料。

进一步地，上述制备方法包括：将导电剂与PVDF胶体溶液进行第一次混合，得到第一混合液；将第一混合液与活性物质进行第二次混合，得到钛酸锂电池浆料；其中，PVDF胶体溶液由PVDF溶于有机溶剂得到，优选PVDF胶体溶液的质量浓度为3～5％，优选第一次混合的搅拌转速为3000～5000rpm，优选第二次混合的搅拌转速为5000～10000rpm。

根据本发明的又一个方面，提供了一种钛酸锂电池极片，采用包含钛酸锂电池浆料的原料制备而成，该钛酸锂电池浆料为上述的钛酸锂电池浆料。