一种钛酸锂负极极片及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂电池，具体而言，涉及一种钛酸锂负极极片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池因其具有较高的能量密度、较长的循环寿命以及环境友好等优点，被大量应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品和新能源汽车上。在锂离子电池中，负极片作为锂离子的载体，在循环过程中经常伴随着一定的体积变化，而碳材料用于负极片，在锂离子脱嵌过程中体积变化较大，容易导致锂离子电芯的失效。因此，基于对锂离子电池的安全性和循环性能的要求，需要寻找替代碳材料的新型负极材料。

2、钛酸锂(li4ti5o12，lto)作为一种“零应变”材料，在锂离子嵌入或脱出的过程中，其晶体的晶格常数和体积变化均小于1％，能够避免充放电循环过程中由于电极材料的反复膨胀和伸缩而导致结构的破坏，从而提高了电极的循环性能和使用寿命。与碳材料相比，钛酸锂电势高，并具有高的锂离子扩散系数(2×10-8cm2/s)，从而使得该负极材料可以快速充放电，而且不易产生锂枝晶，具有较高的安全性。然而，钛酸锂作为负极材料，其电子电导率较低，其本身的属性限制了钛酸锂的导电性，在大电流充放电下的倍率性能较差。

3、有鉴于此，有必要提供一种新的负极极片以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种兼顾导电性、安全性和循环性能的负极极片及其制备方法和应用。

2、为解决上述问题，本发明第一方面提供了一种钛酸锂负极极片，包括负极活性物质层，所述负极活性物质层包括钛酸锂、硫化物固态电解质、第一导电剂和第一粘结剂，所述硫化物固态电解质的含量占所述负极活性物质层总量的35wt％至60wt％。

3、本发明第二方面提供了一种钛酸锂负极极片的制备方法，用于制备低于方面所述的钛酸锂负极极片，包括如下步骤：

4、将钛酸锂、硫化物固态电解质、第一导电剂和第一粘结剂混合均匀，通过干法制备成负极活性物质层；

5、将所述负极活性物质层压合至负极集流体表面，获得钛酸锂负极极片。

6、本发明第三方面提供一种全固态软包电池，包括正极极片、负极极片和固态电解质层，所述负极极片为第一方面所述的钛酸锂负极极片，或者为第二方面所述的制备方法制得的钛酸锂负极极片。

7、本发明所述的钛酸锂负极极片，以钛酸锂作为负极活性物质材料，钛酸锂电势高、具有较高的锂离子扩散系数，且钛酸锂不易产生锂枝晶，在高倍率和高温下的结构稳定性较高，有利于提高电池的安全性；同时，在负极活性物质层中加入硫化物固态电解质和第一导电剂，硫化物固态电解质的离子电导率较高，能够在负极活性物质层中构建网络状的离子传输通道，便于锂离子进行快速的传输，第一导电剂具有良好的电子电导率，能够提高负极活性物质层的电子电导率，使电子进行有效传导；在负极活性物质层中加入第一粘结剂，使钛酸锂、硫化物固态电解质和第一导电剂能够粘结形成整体，钛酸锂、硫化物固态电解质和第一导电剂这三者协同作用，在负极活性物质层中同时形成有效的离子传输通道和电子传输通道，使锂离子和电子均能够进行有效传导，有利于锂离子在循环过程中的嵌入或脱出，能够有效提高电池的循环性能和倍率性能；此外，硫化物固态电解质的含量占负极活性物质层总量的35wt％至60wt％，不仅能够避免锂离子无法进行有效传输，使正极极片的阻抗偏大，造成电池的循环性能差，而且硫化物固态电解质能够避免锂离子电导率不一致所引发的极化现象和界面副反应，并且硫化物固态电解质相对较软，能够增加钛酸锂与固态电解质层之间的固-固接触，降低其界面电阻。

8、本发明所述的钛酸锂负极极片的制备方法，通过干法制备负极活性物质层，再将负极活性物质层压合至负极集流体表面，制备钛酸锂负极极片，在整个制备过程中均无需溶剂，能够完全避免有机溶剂的使用，不仅能够节省能耗，还能够避免有机溶剂的残留影响负极极片的生产质量，且无需溶剂还有利于提高制备过程中的安全性和环保性。此外，通过干法制备负极活性物质层生产工艺简单，兼具放大的优势，能满足工业化的生产要求，并且通过干法制备较厚的负极极片有利于控制负极极片的厚度，具有较大的应用潜力。

9、本发明所述的全固态软包电池，正极极片、负极极片和固态电解质层均通过干法制备得到，该全固态软包电池中没有电解液，受到电解液的影响小，安全性更高，且能够在相对较宽的温度范围内工作，有利于扩大电池适用范围；无溶剂的全固态软包电池不仅有利于控制全固态软包电池的厚度，使各个电池之间的厚度一致性较高，且有利于降低电池的内阻，从而有利于进一步提升电池的循环性能。

技术特征：

1.一种钛酸锂负极极片，其特征在于，包括负极活性物质层，所述负极活性物质层包括钛酸锂、硫化物固态电解质、第一导电剂和第一粘结剂，所述硫化物固态电解质的含量占所述负极活性物质层总量的35wt％至60wt％。

2.根据权利要求1所述的钛酸锂负极极片，其特征在于，所述负极活性物质层包括35wt％至60wt％的钛酸锂、35wt％至60wt％的硫化物固态电解质、1wt％至10wt％的第一导电剂和1wt％至10wt％的第一粘结剂。

3.根据权利要求2所述的钛酸锂负极极片，其特征在于，所述钛酸锂的含量不低于所述硫化物固态电解质的含量。

4.根据权利要求3所述的钛酸锂负极极片，其特征在于，所述负极活性物质层包括50wt％至60wt％的钛酸锂、36wt％至46wt％的硫化物固态电解质、1wt％至5wt％的第一导电剂和1wt％至5wt％的第一粘结剂。

5.根据权利要求1所述的钛酸锂负极极片，其特征在于，所述硫化物固态电解质为li7p3s11、li3ps4、li6ps5x和li11-xm2-xp1+xs12中的一种或几种的组合，其中，x为cl、br和i中的任意一种，m为ge、sn和si中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的钛酸锂负极极片，其特征在于，还包括负极集流体，所述负极活性物质层设置在负极集流体的至少一侧表面，所述负极活性物质层的厚度为300μm至400μm。

7.一种钛酸锂负极极片的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至6任一项所述的钛酸锂负极极片，包括如下步骤：

8.一种全固态软包电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片和固态电解质层，所述负极极片为权利要求1至6任一项所述的钛酸锂负极极片，或者为权利要求7所述的制备方法制得的钛酸锂负极极片。

9.根据权利要求8所述的全固态软包电池，其特征在于，所述正极极片包括正极活性物质层和正极集流体，所述正极活性物质层由正极活性材料、硫化物固态电解质、第二导电剂和第二粘结剂通过干法制得，所述正极极片是将所述正极活性物质层压合至所述正极集流体表面制得的。

10.根据权利要求9所述的全固态软包电池，其特征在于，所述固态电解质层中包括硫化物固态电解质。

技术总结
本发明提供了一种钛酸锂负极极片及其制备方法和应用，钛酸锂负极极片，包括负极活性物质层，负极活性物质层包括钛酸锂、硫化物固态电解质、第一导电剂和第一粘结剂，硫化物固态电解质的含量占负极活性物质层总量的35wt％至60wt％。本发明中提供的钛酸锂负极极片能够在负极活性物质层中同时形成有效的离子传输通道和电子传输通道，使锂离子和电子均能够进行有效传导，有利于锂离子在循环过程中的嵌入或脱出，能够有效提高电池的循环性能和倍率性能。

技术研发人员：吕忠伟,陈伟林,罗明
受保护的技术使用者：高能时代（广东横琴）新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23