一種鋰電池負(fù)極及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種鋰電池負(fù)極及其制備方法，涉及鋰電池領(lǐng)域。一種鋰電池負(fù)極的制備方法，其包括：用酸溶液調(diào)節(jié)鈦酸鋰粉末的水溶液pH值至10?11，過濾得到濾渣，將濾渣于600?700℃焙燒制得活性物質(zhì)，將活性物質(zhì)負(fù)載于集流體。集流體是具有三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片，銅片的相對的兩個(gè)表面均勻地分布多個(gè)孔。本發(fā)明專利技術(shù)還提供一種鋰電池負(fù)極，由上述的鋰電池負(fù)極的制備方法制得。酸溶液改性鈦酸鋰可以得到不同pH但結(jié)構(gòu)不變的鈦酸鋰材料，有利于抑制電池鼓脹。三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片的集流體能夠?yàn)榛钚晕镔|(zhì)在充放電的過程中提供較多的緩沖空間，減小充放電過程中的體積應(yīng)變，從而減少活性物質(zhì)于電池中所占的質(zhì)量和空間；進(jìn)一步抑制電池鼓脹。

Negative electrode for lithium battery and preparation method thereof

The invention provides a negative electrode of a lithium battery and a preparation method thereof, relating to the field of lithium batteries. Method for preparing a lithium battery cathode comprises lithium titanate powder water solution pH regulation with acid solution to 10 11, filtering residue, the residue in the 600 700 C prepared active substances, the active substance in fluid load. The collecting fluid is a copper sheet with a three-dimensional porous structure, and the two opposite surfaces of the copper sheet are evenly distributed with a plurality of apertures. The invention also provides a negative pole of the lithium battery, which is prepared by the preparation method of the negative electrode of the lithium battery. Acid modification of lithium titanate can be different but the same structure pH lithium titanate material, can inhibit cell bulging. The fluid in the three-dimensional porous copper can provide more buffer space of active substances in the process of charging and discharging of the volume strain decreases the charge and discharge process, thereby reducing the active substances in batteries for quality and space; further inhibit cell bulging.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種鋰電池負(fù)極及其制備方法
本專利技術(shù)涉及鋰電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋰電池負(fù)極及其制備方法。
技術(shù)介紹
在上世紀(jì)90年代早期，一些商業(yè)化的鋰二次電池產(chǎn)品逐漸得到廣泛應(yīng)用，包括Li-TiS2，Li-MoS2，以及Li-LixMnO2。石墨被認(rèn)為是接近完美的鋰離子電池負(fù)極材料。但是，由于六個(gè)碳原子才能允許一個(gè)鋰離子嵌入而形成化合物L(fēng)iC6，導(dǎo)致石墨的比容量僅為372mAh/g。而且鋰離子在碳材料的擴(kuò)散速度介于10-12到10-6cm2/s之間，也會(huì)導(dǎo)致其比能量的降低。目前對鋰離子電池負(fù)極材料主要包括碳系材料、非碳系材料。碳系材料主要包括碳納米管(1100mAh/g)、碳納米纖維(450mAh/g)、石墨烯(960mAh/g)、多孔碳材料(800～1100mAh/g)。非碳系材料主要包括Si材料(4200mAh/g)、Ge材料(1600mAh/g)、Sn材料(994mAh/g)、過渡金屬氧化物(500～1000mAh/g)。同時(shí)，金屬硫化物、磷化物、氮化物等也被認(rèn)為是潛在的負(fù)極材料，它們的比容量都超過了500mAh/g。零應(yīng)變的鈦酸鋰被認(rèn)為是更安全、壽命更長的負(fù)極材料，在混合電動(dòng)汽車和風(fēng)/光/電并網(wǎng)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域有獨(dú)特的應(yīng)用前景。但是，采用鈦酸鋰負(fù)極的鋰離子電池在充放電及儲(chǔ)存過程中極易發(fā)生氣脹。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種鋰電池負(fù)極及其制備方法，其旨在改善現(xiàn)有的鋰電池容易鼓脹的問題。本專利技術(shù)提供一種技術(shù)方案：一種鋰電池負(fù)極的制備方法，其包括：用酸溶液調(diào)節(jié)鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10-11，過濾得到濾渣，將濾渣于600-700℃焙燒制得活性物質(zhì)，將活性物質(zhì)負(fù)載于集流體。集流體是具有三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片，銅片的相對的兩個(gè)表面均勻地分布多個(gè)孔。本專利技術(shù)還提供一種鋰電池負(fù)極，由上述的鋰電池負(fù)極的制備方法制得。本專利技術(shù)實(shí)施例提供的鋰電池負(fù)極及其制備方法的有益效果是：酸溶液調(diào)節(jié)鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10-11，過濾得到濾渣，將濾渣于600-700℃焙燒制得活性物質(zhì)。可以得到不同pH但結(jié)構(gòu)不變的改性鈦酸鋰材料，通過酸溶液改性鈦酸鋰，能較大程度地減少鈦酸鋰表面的碳酸鋰、氫氧化鋰、Ti-O等物質(zhì)或官能團(tuán)，有利于抑制電池鼓脹。三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片的集流體能夠?yàn)榛钚晕镔|(zhì)在充放電的過程中提供較多的緩沖空間，減小充放電過程中的體積應(yīng)變，從而減少活性物質(zhì)于電池中所占的質(zhì)量和空間；進(jìn)一步抑制電池鼓脹。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。下面對本專利技術(shù)實(shí)施例提供的鋰電池負(fù)極的制備方法進(jìn)行具體說明。一種鋰電池負(fù)極的制備方法，其包括：用酸溶液調(diào)節(jié)鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10-11，過濾得到濾渣，將濾渣于600-700℃焙燒制得活性物質(zhì)，將活性物質(zhì)負(fù)載于集流體。集流體是具有三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片，孔形成于銅片的相對的兩個(gè)表面且均勻分布。在本實(shí)施例中，上述鈦酸鋰為尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰(Li4Ti5O12)。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰被稱為“零應(yīng)變材料”，在充放電過程中，鋰離子嵌脫過程引起鈦酸鋰材料的晶胞參數(shù)a變化較小(從0.836nm增加到0.837nm)，體積應(yīng)變小(小于1％)。此外，尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰電壓平臺(tái)高，不會(huì)與電池中的電解液反應(yīng)形成鈍化膜，避免充放電過程中形成鋰枝晶，且其平臺(tái)容量超過總?cè)萘康?5％，可指示充電結(jié)束，避免過充電，因此其安全性比碳負(fù)極材料高。另外，鈦酸鋰的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為2×10-8cm2/s，比通常的碳負(fù)極材料高1個(gè)數(shù)量級(jí)，高的擴(kuò)散系數(shù)可使得鈦酸鋰制成的電負(fù)極實(shí)現(xiàn)快速、多次循環(huán)充電。但是由于尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰(Li4Ti5O12)表面存在一定量的碳酸鋰、氫氧化鋰、MOH和路易斯酸位等，且尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰比表面積大，極易吸附水和其他雜質(zhì)，導(dǎo)致電池鼓脹。專利技術(shù)人研究發(fā)現(xiàn)，用酸溶液對鈦酸鋰中和處理，降低鈦酸鋰(Li4Ti5O12)表面的pH值，降低其表面堿性，能較大程度地減少鈦酸鋰表面的碳酸鋰、氫氧化鋰、Ti-O等物質(zhì)或官能團(tuán)，有利于抑制電池產(chǎn)氣和電池鼓脹。進(jìn)一步地，在本專利技術(shù)較佳的實(shí)施例中，采用酸溶液調(diào)節(jié)鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10.5，過濾得到濾渣，將濾渣于650℃焙燒6h制得活性物質(zhì)，該焙燒過程無需保護(hù)氣氛。在本專利技術(shù)較佳的實(shí)施例中，上述酸溶液為乙酸。優(yōu)選地，乙酸的濃度為0.05-0.07mol/L。進(jìn)一步地，上述鈦酸鋰粉末的水溶液中鈦酸鋰粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％-10％，優(yōu)選地，鈦酸鋰粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％。需要說明的是，在本專利技術(shù)的其他實(shí)施例中，上述酸溶液也可為苯甲酸水溶液、乙二酸水溶液、丁二酸水溶液、丁烯酸水溶液、丙烯酸水溶液等弱酸水溶液中的一種；或者，上述酸溶液也可選自稀硫酸溶液、稀硝酸溶液等中的一種。進(jìn)一步地，在本專利技術(shù)較佳的實(shí)施例中，鈦酸鋰(Li4Ti5O12)粉末以鈦酸丁酯(C16H36O4Ti)和LiOH·H2O為原料，在170-200℃下水熱反應(yīng)20h，然后將產(chǎn)物在馬弗爐中經(jīng)過600℃熱處理得到最終樣品。通過該水熱法制備得到的Li4Ti5O12具有較大的比表面積。在0.1C充放電循環(huán)時(shí)的首次放電容量可以達(dá)到172.4mAh/g，其經(jīng)過50次循環(huán)之后的放電容量為166.2mAh/g，容量保持率為96.4％，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。需要說明的是，在本專利技術(shù)的其他實(shí)施例中，鈦酸鋰也可以通過高溫固相、微波化學(xué)法、溶膠-凝膠法等制備方法制備。銅箔作為鋰離子電池負(fù)極材料的集流體，它不僅僅是負(fù)極電子的傳導(dǎo)體和收集體，還是負(fù)極活性物質(zhì)的良好載體。三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片的集流體能夠?yàn)榛钚晕镔|(zhì)在充放電的過程中提供較多的收納孔，為活性物質(zhì)提供緩沖空間，減少負(fù)極于電池中所占的質(zhì)量和空間。活性物質(zhì)與三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片的集流體實(shí)現(xiàn)更好的電接觸，使活性物質(zhì)在充放電過程中充分參與反應(yīng)，從而提高鋰離子的遷移速度。此外，由于三維多孔結(jié)構(gòu)的表面粗糙度較大，增加了對活性物質(zhì)的吸附力，從而減少了活性物質(zhì)的脫落，整體提高了活性物質(zhì)在充放電過程中的利用率，提高負(fù)極材料的充放電性能。優(yōu)選地，在本專利技術(shù)中，上述三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片通過電解制備而成，電解的方法包括：由銅片為陽極、鎳片為陰極，銅片與鎳片間距為4～5cm，以含有0.2-0.4mol/L的CuSO4、1.0-2.0mol/L的H2SO4的溶液為電解液電解。在電解過程中，采用直流電源以及較大的電流，使電解液中的H+能夠快速得電子，該方法能獲得具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)、極大的表面積、且孔徑大小均勻的多孔狀銅薄膜。孔徑大小均勻、且孔的分布均勻，充放電過程中，增大鋰離子遷移擴(kuò)散速度，對活性物質(zhì)更好的吸附；同時(shí)也為活性物質(zhì)的體積膨脹提供了較好的緩沖空間。優(yōu)選地，上述CuSO4的濃度為0.3mol/L，H2SO4的濃度為1.5mol/L，銅片與鎳片的間距為4cm。本專利技術(shù)還提供一種由上述鋰電池負(fù)極的制備方法制得的鋰電池負(fù)極。以下結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例1本實(shí)施例提供一種鋰電池負(fù)極，通過以下步驟制得：三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片的制備：配置0.2mol/LCuSO4溶液，再往其中加入濃硫酸，使硫酸濃度控制本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋰電池負(fù)極的制備方法，其特征在于，其包括：用酸溶液調(diào)節(jié)鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10?11，過濾得到濾渣，將所述濾渣于600?700℃焙燒制得活性物質(zhì)，將所述活性物質(zhì)負(fù)載于集流體，所述集流體是具有三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片，所述銅片相對的兩個(gè)表面均勻地分布多個(gè)孔。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰電池負(fù)極的制備方法，其特征在于，其包括：用酸溶液調(diào)節(jié)鈦酸鋰粉末的水溶液至pH值10-11，過濾得到濾渣，將所述濾渣于600-700℃焙燒制得活性物質(zhì)，將所述活性物質(zhì)負(fù)載于集流體，所述集流體是具有三維多孔結(jié)構(gòu)的銅片，所述銅片相對的兩個(gè)表面均勻地分布多個(gè)孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述酸溶液為乙酸水溶液、苯甲酸水溶液、硝酸水溶液、丙烯酸水溶液、丁烯酸水溶液中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述酸溶液為乙酸水溶液，所述乙酸水溶液的濃度為0.05-0.07mol/L。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰電池負(fù)極的制備方法，其特征在于，所述鈦酸鋰粉末的水溶液中所述鈦酸鋰粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％-10％。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池負(fù)極的制備方法，其特征在于，于600-700℃焙燒所述濾渣的時(shí)間為6h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池負(fù)極的制備...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：熊永蓮，侯全會(huì)，陳玉煒，嚴(yán)軍，
申請(專利權(quán))人：鹽城工學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32