一種鈦酸鋰負極片及其製備方法、鋰離子電容器、電池的製作方法
2023-10-17 14:13:54
一種鈦酸鋰負極片及其製備方法、鋰離子電容器、電池的製作方法
【專利摘要】一種鈦酸鋰負極片及其製備方法、鋰離子電容器、電池，鈦酸鋰負極片製備包括：配製負極漿料和獲取負極集流體基體；將負極漿料塗布在負極集流體基體表面，烘乾，形成活性材料漿料層；塗有負極漿料層的負極集流體基體經碾壓、裁剪後，乾燥後得到鈦酸鋰負極片，負極漿料的製備包括以下步驟：1)3～8重量份粘結劑、260～330重量份蒸餾水混合均勻後，加入導電炭黑混合後，攪拌1.5h～2.5h；2)向步驟1）製得的混合溶液中加入42～48重量份的鈦酸鋰，攪拌0.5h～1h；3)向步驟2）製得的混合溶液中加入40～46重量份的鈦酸鋰，攪拌0.5h～1h；4)調節漿料的布氏粘度至1500～2800cps，高速攪拌6~8小時；鋰離子電容器、電池具有前述鈦酸鋰負極片。
【專利說明】一種鈦酸鋰負極片及其製備方法、鋰離子電容器、電池
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電容器【技術領域】，尤其是涉及一種鈦酸鋰負極片製備方法及由該方法 製備得到的鈦酸鋰負極片、以及含有該負極片的鋰離子電容器、電池。
【背景技術】
[0002] 鈦酸鋰在鋰離子電池及混合電容電池等方面均具有良好的應用前景。鈦酸鋰是一 種零應變材料，在充放電過程中晶格常數和體積變化都很小，因此具有良好的循環性能；其 鋰離子擴散係數較高，可實現高倍率充放電；而且鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高，不易產生 鋰枝晶，安全性高。鈦酸鋰作為負極材料以其獨特的優點在長循環壽命、大倍率、高安全性 要求的場合具有巨大的潛在應用。
[0003] CN103107308A公開了負極片和鋰離子動力電池及其製備方法，動力電池的負極 片，包括負極集流體和附著在負極集流體上的負極膜片，所述負極膜片包括負極活性物質、 導電炭黑、粘結劑和溶劑，所述負極活性物質為鈦酸鋰納米粉末，所述溶劑為酮類有機溶劑 與N-甲基吡咯烷酮的混合物，所述負極活性物質、導電炭黑、粘結齊?、酮類有機溶劑和N-甲 基吡咯烷酮的重量比為36 : 2 : 2 : 1-30 : 30-59。
[0004] 目前鈦酸鋰負極極片製備的常用溶劑為Ν-甲基吡咯烷酮（ΝΜΡ)，粘結劑為PVDF。 但該工藝方法成本較高，且ΝΜΡ化學性能穩定，揮發性低，沸點高，回收及後處理難度均較 大；ΝΜΡ極易吸水，在製作過程中需嚴格控制水分，以免粘結劑與水反應，影響漿料的物理 性能；為嚴格控制水分，漿料製備工藝相對較複雜，且對實驗設備要求較高。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術的缺陷，本發明提供一種能夠簡化鋰離子電容器、電池的製備 的鈦酸鋰負極片的製備方法及由該方法製備得到的鈦酸鋰負極片、以及鋰離子電容器、電 池。
[0006] 為了解決上述技術問題，一方面，本發明提供一種鈦酸鋰負極片製備方法，包括如 下步驟： 51 :配製負極漿料和獲取負極集流體基體； 52 :將所述負極漿料塗布在所述負極集流體基體表面，烘乾，形成漿料層； 53 :塗有負極漿料層的負極集流體基體經碾壓、裁剪後，乾燥得到所述鈦酸鋰負極片； 其特徵在於，所述負極漿料的製備包括以下過程： 1) 將3?8重量份粘結劑、260?330重量份蒸餾水混合均勻後，加入7?10重量份 導電炭黑，攪拌1.5?2. 5h; 2) 向步驟1)製得的混合溶液中加入42?48重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 5?lh ; 3) 向步驟2)製得的混合溶液中加入40?46重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 5?lh ; 4) 調節漿料的布氏粘度至1500?2800cps，經2800?4000轉/分鐘高速攪拌6?8小 時。
[0007] 本發明中，粘度的測試按照中華人民共和國標準GB10247-88《粘度測試方法》規 定的旋轉法測試，使用布氏旋轉式粘度計在25±0. 1°C溫度下進行測量。
[0008] 作為優選技術方案：本發明提供的鈦酸鋰負極片製備方法，所述粘結劑為LA132、 LA133、羧甲基纖維素和丁苯橡膠復配粘結劑中的至少一種。本發明中LA132，LA133為適用 於各種正負極材料(包括LiC 〇02、LiMn204和LiFeP04正極材料、碳負極材料及活性炭）的 粘結劑，為市場上公知的產品，CMC為羧甲基纖維素鈉，SBR為丁苯橡膠。羧甲基纖維素和丁 苯橡膠復配粘結劑CMC與SBR的質量比為1:1?1:1. 67。
[0009] 作為優選技術方案：本發明提供的鈦酸鋰負極片製備方法，步驟S3中的乾燥為裁 剪後的中間產品置於真空乾燥箱內，抽真空，充入乾燥空氣，再次抽真空，真空乾燥48h以 上，得到所述鈦酸鋰負極片。
[0010] 作為優選技術方案：本發明提供的鈦酸鋰負極片製備方法，所述負極集流體基體 為錯箔。
[0011] 作為優選技術方案：本發明提供的鈦酸鋰負極片製備方法，所述導電炭黑為Super P〇
[0012] 在不衝突的情況下，上述優選方案可單獨或組合實施。
[0013] 為了解決上述技術問題，另一方面，本發明提供一種鈦酸鋰負極片。本發明提供的 鈦酸鋰負極片為前述任意一項所述的鈦酸鋰負極片製備方法製備得到的鈦酸鋰負極片。
[0014] 為了解決上述技術問題，本發明還提供一種鋰離子電容器。本發明提供的鋰離子 電容器為電容器正極片、隔膜及前述鈦酸鋰負極片組裝成電芯，再將所述電芯置入電容器 殼體中後加注電解液，密封電容器殼體製得。
[0015] 為了解決上述技術問題，本發明還提供一種鋰離子電池。本發明提供的鋰離子電 池使用了前述鈦酸鋰負極片。
[0016] 本發明帶來的有益效果：本發明提供的技術方案，選擇以蒸餾水為溶劑及水性粘 結劑的製備路線，具有工藝簡單，成本低廉，節能環保，且易實現規模化生產等特點。
【具體實施方式】
[0017] 本發明的實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。
[0018] 實施例1 : 鈦酸鋰負極片製備：配製負極漿料和獲取負極集流體基體；將所述負極漿料塗布在所 述負極集流體基體表面，烘乾，形成活性材料漿料層；塗有負極漿料層的負極集流體基體經 碾壓、裁剪後，置於真空乾燥箱內，抽真空，充入乾燥空氣，再次抽真空，真空乾燥48h以上， 得到所述鈦酸鋰負極片，其中，所述負極集流體基體為鋁箔，所述負極漿料的製備包括以下 過程： 1) 8重量份粘結劑LA132、330重量份蒸餾水混合均勻後，加入10重量份Super P導電 炭黑後，攬祥2. 5h ; 2) 向步驟1)製得的混合溶液中加入42重量份的鈦酸鋰，攪拌lh ; 3) 向步驟2)製得的混合溶液中加入40重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 8h ; 4) 調節漿料的布氏粘度在1500?2800cps範圍之內，經3200?3800轉/分鐘高速攪 拌6~8小時。
[0019] 鋰離子電容器製備：按鋰離子電容器正極片、隔膜及實施例1製得的鈦酸鋰負極 片組裝成電芯，再用電容器殼體密封電芯，隨後往設置在電容器殼體上的注液口往電容器 殼體裡注入lmol/L的電解液，密封電容器殼體，電解液的溶質為LiBF 4，溶劑為乙腈，然後密 封注液口，得到鋰離子電容器。
[0020] 實施例2 : 鈦酸鋰負極片製備：配製負極漿料和獲取負極集流體基體；將所述負極漿料塗布在所 述負極集流體基體表面，烘乾，形成活性材料漿料層；塗有負極漿料層的負極集流體基體經 碾壓、裁剪後，置於真空乾燥箱內，抽真空，充入乾燥空氣，再次抽真空，真空乾燥48h以上， 得到所述鈦酸鋰負極片，其中，所述負極集流體基體為鋁箔，所述負極漿料的製備包括以下 過程： 1) 6重量份粘結劑LA133、300重量份蒸餾水混合均勻後，加入9重量份導電炭黑後 Super P混合後，攪拌1 · 5h ; 2) 向步驟1)製得的混合溶液中加入43重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 8h ; 3) 向步驟2)製得的混合溶液中加入42重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 7h ; 4) 調節漿料的布氏粘度在1500?2800cps範圍之內，經3500?4000轉/分鐘高速攪 拌6~8小時。
[0021] 鋰離子電容器製備：按鋰離子電容器正極片、隔膜及實施例1製得的鈦酸鋰負極 片組裝成電芯，再用電容器殼體密封電芯，隨後往設置在電容器殼體上的注液口往電容器 殼體裡注入lmol/L的電解液，密封電容器殼體，電解液的溶質為LiBF 4，溶劑為乙腈，然後密 封注液口，得到鋰離子電容器。
[0022] 實施例3 : 鈦酸鋰負極片製備：配製負極漿料和獲取負極集流體基體；將所述負極漿料塗布在所 述負極集流體基體表面，烘乾，形成活性材料漿料層；塗有負極漿料層的負極集流體基體經 碾壓、裁剪後，置於真空乾燥箱內，抽真空，充入乾燥空氣，再次抽真空，真空乾燥48h以上， 得到所述鈦酸鋰負極片，其中，所述負極集流體基體為鋁箔，所述負極漿料的製備包括以下 過程： 1) 3重量份粘結劑（CMC+SBR，其中CMC與SBR的質量比為1:1)、260重量份蒸餾水混合 均勻後，加入7重量份導電炭黑後Super P混合後，攪拌2h ; 2) 向步驟1)製得的混合溶液中加入48重量份的鈦酸鋰，攪拌lh ; 3) 向步驟2)製得的混合溶液中加入42重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 5h ; 4) 調節漿料的布氏粘度在1500?2800cps範圍之內，經2800?3200轉/分鐘高速攪 拌6~8小時。
[0023] 鋰離子電容器製備：按鋰離子電容器正極片、隔膜及實施例1製得的鈦酸鋰負極 片組裝成電芯，再用電容器殼體密封電芯，隨後往設置在電容器殼體上的注液口往電容器 殼體裡注入lmol/L的電解液，密封電容器殼體，電解液的溶質為LiBF 4，溶劑為乙腈，然後密 封注液口，得到鋰離子電容器。
[0024] 實施例4 : 鈦酸鋰負極片製備：配製負極漿料和獲取負極集流體基體；將所述負極漿料塗布在所 述負極集流體基體表面，烘乾，形成活性材料漿料層；塗有負極漿料層的負極集流體基體經
【權利要求】
1. 一種鈦酸鋰負極片製備方法，包括如下步驟： 51 :配製負極漿料和獲取負極集流體基體； 52 :將所述負極漿料塗布在所述負極集流體基體表面，烘乾，形成漿料層； 53 :塗有負極漿料層的負極集流體基體經碾壓、裁剪後，乾燥得到所述鈦酸鋰負極片； 其特徵在於，所述負極漿料的製備包括以下過程： 1) 將3?8重量份粘結劑、260?330重量份蒸餾水混合均勻後，加入7?10重量份 導電炭黑，攪拌1.5?2. 5h; 2) 向步驟1)製得的混合溶液中加入42?48重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 5?lh ; 3) 向步驟2)製得的混合溶液中加入40?46重量份的鈦酸鋰，攪拌0. 5?lh ; 4) 調節漿料的布氏粘度至1500?2800cps，經2800?4000轉/分鐘高速攪拌6?8小 時。
2. 根據權利要求1所述的鈦酸鋰負極片製備方法，其特徵在於：所述粘結劑為LA132、 LA133、重量比為67的羧甲基纖維素和丁苯橡膠中的至少一種。
3. 根據權利要求1所述的鈦酸鋰負極片製備方法，其特徵在於：步驟S3中的乾燥為裁 剪後的中間產品置於真空乾燥箱內，抽真空，充入乾燥空氣，再次抽真空，真空乾燥48h以 上，得到所述鈦酸鋰負極片。
4. 根據權利要求1所述的鈦酸鋰負極片製備方法，其特徵在於：所述負極集流體基體 為錯箔。
5. 根據權利要求1所述的鈦酸鋰負極片製備方法，其特徵在於：所述導電炭黑為Super P〇
6. -種按照權利要求1?5任意一項所述的鈦酸鋰負極片製備方法製備得到的鈦酸鋰 負極片。
7. -種鋰離子電容器，其特徵在於：按電容器正極片、隔膜及權利要求6所述的鈦酸鋰 負極片組裝成電芯，再將所述電芯置入電容器殼體中後加注電解液，密封電容器殼體製得。
8. -種鋰離子電池，其特徵在於：使用權利要求6所述的鈦酸鋰負極片。
【文檔編號】H01M4/136GK104064730SQ201410310613
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2014年7月2日
【發明者】謝鎔安, 宋雲峰, 林忠富, 況皓, 吳麗君, 李永龍 申請人:長沙國容新能源有限公司