[发明专利]一种负极极片及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种负极极片及其制备方法和用途。所述负极极片包括集流体和负极活性层，其中，所述集流体包括锂铝合金，所述负极活性层中包括负极活性物质，所述负极活性物质包括TiNb₂O₇。本发明所提供的负极极片，在电池注液后负极活性物质中的TiNb₂O₇与集流体中锂的离子通道形成，锂嵌入TiNb₂O₇结构中，提高了TiNb₂O₇材料的电导率，从而提升了电池低SOC下的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种负极极片及其制备方法和用途。

背景技术

随着电动工具、储能市场的爆发式增长，对高倍率和长寿命锂离子电池的需求也将持续增加，传统的使用层状结构的石墨材料做负极的锂离子电池，其快速充放电的动力学和循环寿命受到石墨本征结构的很大限制，常规电池仅有几千次循环寿命，同时由于石墨的嵌锂电位接近锂金属的析出电位，快速充电易发生锂金属的析出，产生安全隐患。而具有Wadsley-Roth结构的钛铌氧化物TiNb₂O₇作为负极材料，理论克容量可达387.6mAh/g,在锂的嵌入脱出过程中可以保持很好的结构稳定性，嵌锂电位在1.6V左右，远高于锂金属的析出电位，其循环寿命可达万次甚至十万次，具有很好的应用潜力。

尽管TiNb₂O₇的结构非常有利于锂离子的快速嵌入脱出，但未嵌锂TiNb₂O₇的电子电导率很低，仅为～10^-9S/cm，嵌入锂后可达到～10^-1S/cm，因此限制了电池在低SOC的倍率性能，也降低了电池的充放电能量效率。

针对TiNb₂O₇电导率低的缺点，目前通常的改进措施策略包括：在材料中掺杂其他金属离子，这种方法在提高电子电导的同时可能影响材料的循环性能和克容量发挥；在TiNb₂O₇颗粒表面包覆碳材料，减小颗粒尺寸，这种方法可以提高表面电导，然而不能改变体相的本征电导率，因此提升效果有限。还可以在电池设计时让正极材料过量，使得首次充电后，锂离子不能完全从负极脱出回到正极，从而提升了负极后续的电导率，然而正极过量降低了电池的能力密度，也增加了成本，同时更多的正极材料也增加了更多的电解液消耗，对电池寿命不利。

CN110137481A公开了一种碳包覆氧缺陷铌酸钛负极材料及其制备方法与锂电池，属于锂电池技术领域。该制备方法包括表面活性剂与铌源、钛源混合加热反应并经第一次煅烧处理制得氧缺陷钛铌氧化物，氧缺陷钛铌氧化物再与碳源混合后，经第二次煅烧处理制得碳包覆氧缺陷铌酸钛负极材料；其中，表面活性剂、铌源与钛源的质量比为：(0.5～1.0):(0.6～1.8):(0.2～0.4)。在TiNb₂O₇颗粒表面包覆碳材料，减小颗粒尺寸，这种方法可以提高表面电导，然而不能改变体相的本征电导率，因此提升效果有限。

因此如何解决TiNb₂O₇电池低SOC倍率性能降低的问题，是急需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种负极极片及其制备方法和用途。本发明所提供的负极极片，经过辊压后，锂铝集流体表面的氧化层被破坏，负极活性物质中的TiNb₂O₇与集流体实现电子接触，在电池注液后负极活性物质中的TiNb₂O₇与集流体中锂的离子通道形成，锂嵌入TiNb₂O₇结构中，提高了TiNb₂O₇材料的电导率，从而提升了电池低SOC下的倍率性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：