一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池负极片和锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种锂离子电池负极材料，包含负极活性材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂，所述负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，钛酸锂Li4Ti5O12占负极活性材料总质量的50～95%，过渡金属硫化物为NiS、FeS2、FeS、TiS2、MoS和Co9S8中的一种或多种，负极活性材料、导电剂和粘结剂分别占三者总质量的70～90%，5～20%，5～10%，有机溶剂占锂离子电池负极材料总质量的30～70%。该锂离子电池负极材料容量高、具有优良的循环稳定性和耐久性。本发明实施例还提供了该锂离子电池负极材料的制备方法、包含该锂离子电池负极材料的负极片和锂离子电池。
【专利说明】一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池负极片和锂离子电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池负极片和锂离子电池。
【背景技术】
[0002]自上世纪九十年代起，在众多的能源替代产品中，锂离子电池以较高的能量密度、良好的循环性能、无记忆效应等特点受到人们的密切关注。随着低碳经济的方兴未艾，锂离子电池正朝着动力汽车和电网储能等方向积极发展，因此，开发能量密度高、循环寿命长的锂离子电池已成为业界研究的重点。
[0003]目前商业化的锂离子电池大多采用碳系材料作为负极活性材料，但碳系负极材料存在很多缺陷，例如，首次充放电形成固体电解质界面膜(SEI)造成不可逆容量损失，循环性能不足，存在高温失效风险和安全风险等，这些问题使得碳系材料已经无法满足储能电池的需求。还有部分锂离子电池采用合金材料作为负极活性材料，合金材料虽然具有很高的比容量，但是合金材料体积膨胀大，循环性能差，无法满足市场化应用的需求。
[0004]近年来，钛酸锂(Li4Ti5O12)作为新型储能电池的电极活性材料备受关注，因其具有以下几大优势:(I)钛酸锂为“零应变”电极材料，根据s.Schamer等人的研究结果(J.0felectrochemical society, 146(3)，1999，857，861),立方尖晶石结构的钛酸锂在锂离子嵌入一脱嵌过程中，晶格参数最大从8.3595 ▲缩小到8.3538 晶格常数变化很小，体积变化很小，保持了高度的结构稳定性，为钛酸锂优异的循环性能提供了结构保障；(2)钛酸锂具有三维锂离子通道，其锂离子扩散系数比碳系负极材料大一个数量级，可提高锂电池的倍率性能；(3)钛酸锂的平衡电位约1.55V，可有效避免金属锂沉积，提高了锂离子电池的安全性能，同时由于嵌锂电位高，没有达到SEI膜形成电位，电解液在钛酸锂表面基本不发生还原分解，有利于维持电解液的稳定，提高循环性能。但是钛酸锂比容量低，利用其制作的电池，能量密度较低，同时钛酸锂材料价格较贵，严重影响了钛酸锂为负极的电池的商业化使用。
[0005]另外，也有采用硫或硫化物(如NiS，FeS2, FeS, TiS2)材料作为负极储锂电极材料的锂电池，这些材料嵌锂容量高，如NiS和FeS的嵌锂容量为600mAh/g左右，但这些材料循环性能较差，原因是在充放电过程中，硫化物活性物质易发生团聚使得其循环性能降低，且硫化物活性物质易与电解液反应而分解，导致可逆容量减少，因此无法满足储能电池的高循环性能要求。
【发明内容】
[0006]鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种锂离子电池负极材料，以解决钛酸锂Li4Ti5O12负极材料比容量低，利用其制作的锂离子电池能量密度较低、成本高的问题。本发明实施例第二方面提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法。本发明实施例第三方面提供了一种锂离子电池负极片。本发明实施例第四方面提供了一种锂离子电池。
[0007]第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池负极材料，包含负极活性材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂，所述负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的50-95%，所述过渡金属硫化物为NiS、FeS2,FeS、TiS2, MoS和Co9S8中的一种或多种，所述负极活性材料、导电剂、粘结剂占三者总质量的百分比如下:
[0008]负极活性材料70~90% ；
[0009]导电剂5~20% ；
[0010]粘结剂5~10%;
[0011]所述有机溶剂占所述锂离子电池负极材料总质量的30-70%。
[0012]在所述锂离子电池负极材料中，所述钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在所述过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开所述过渡金属硫化物。优选地，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的60-80%。
[0013]与现有技术相比，本发明提供的锂离子电池负极材料包括负极活性材料，所述负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，即所述负极活性材料是由钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物组成的混合物，此混合物由简单的物理混合得到，在该混合物中，所述钛酸锂Li4Ti5O12的质量分数为50-95%。所述过渡金属硫化物可以是NiS(硫化镍)、FeS2 (二硫化铁)、FeS (硫化亚铁)、TiS2 (二硫化钛)、MoS (硫化钥)和Co9S8 (硫化钴)中的一种或多种。一方面，由于这些过渡金属硫化物的嵌锂容量高，如NiS和FeS的嵌锂容量为600mAh/g左右，因而能使锂离子电池负极材料具有较高的容量。且这些过渡金属硫化物材料的嵌锂电位与钛酸锂Li4Ti5O`12接近，因而能使锂离子电池负极材料具有平稳一致的充放电平台。这样，在钛酸锂Li4Ti5O12的充电电位范围内，过渡金属硫化物材料就能发挥其高容量，使锂离子电池负极材料具有高容量，从而可以保护负极材料不会因为长期处于饱和充电状态，导致电池寿命降低。
[0014]另一方面，由于钛酸锂Li4Ti5O12在锂离子嵌入一脱嵌过程中，晶格常数变化小，体积变化小，具有良好的结构稳定性，且钛酸锂Li4Ti5O12的平衡电位约1.55V，可有效避免金属锂沉积，同时由于嵌锂电位高，没有达到SEI膜形成电位，电解液在钛酸锂Li4Ti5O12表面基本不发生还原分解。在本发明锂离子电池负极材料中，钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在过渡金属硫化物表面及周围，能很好地分散并隔开过渡金属硫化物，因此，可以防止过渡金属硫化物在循环过程中发生团聚，使锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性和耐久性。此外，由于钛酸锂Li4Ti5O12具有三维锂离子通道，其锂离子扩散系数大，因而可提高锂离子电池的倍率性能。
[0015]所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径可以是微米级别或纳米级别。优选地，所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径为纳米级别。优选地,所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径为l~3nm。纳米结构的钛酸锂Li4Ti5O12颗粒能更好地均匀分布在过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开过渡金属硫化物，以防止过渡金属硫化物在循环过程中发生团聚。
[0016]优选地，所述导电剂为石墨、炭黑或碳纤维。优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯或环氧树脂。优选地，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、四氢呋喃(THF)和甲醇中的一种或几种。[0017]本发明实施例第一方面提供的一种锂离子电池负极材料，具有高容量，高倍率性能，且结构稳定，不易与电解液发生反应，不发生团聚，从而最终能使锂离子电池具有较高的耐久性和循环稳定性。
[0018]第二方面，本发明实施例提供了一种上述锂离子电池负极材料的制备方法，
[0019]将负极活性材料、导电剂和粘结剂按下述质量含量备料，并在有机溶剂中搅拌分散成浆料，即得锂离子电池负极材料；
[0020]所述负极活性材料、导电剂、粘结剂占三者总质量的百分比如下:
[0021 ] 负极活性材料70-90% ；
[0022]导电剂5~20% ；
[0023]粘结剂5~10% ；
[0024]所述有机溶剂占所述锂离子电池负极材料总质量的30-70% ；
[0025]其中，负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的50~95%，所述过渡金属硫化物为NiS、FeS2、FeS、TiS2、MoS和Co9S8中的一种或多种。
[0026]具体地，所述锂离子电池负极材料的制备方法包括将粘结剂加入到有机溶剂中，在真空搅拌机中搅拌1~4小时，再加入导电剂，继续搅拌1~4小时后再加入钛酸锂Li4Ti5O12，搅拌f 4小时，最后加入过渡金属硫化物，搅拌f 4小时，得到均匀分散的浆料，即得锂离子电池负极材料。
[0027]所述搅拌时的温度为O~50°C，搅拌速度为自转2500~3500rpm，公转30~50rpmo
[0028]在所述锂离子电池负极材料中，所述钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在所述过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开所述过渡金属硫化物。优选地，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的60-80%。
[0029]所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径可以是微米级别或纳米级别。优选地，所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径为纳米级别。优选地,所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径为l~3nm。纳米结构的钛酸锂Li4Ti5O12颗粒能更好地均匀分布在过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开过渡金属硫化物，以防止过渡金属硫化物在循环过程中发生团聚。
[0030]优选地，所述导电剂为石墨、炭黑或碳纤维。优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯或环氧树脂。优选地，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、四氢呋喃(THF)和甲醇中的一种或几种。
[0031]其中，关于钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物的具体叙述如前文所述，此处不再赘述。
[0032]本发明实施例第二方面提供的一种锂离子电池负极材料的制备方法，简单易行，制得的锂离子电池负极材料具有高容量，高倍率性能，且结构稳定，不易与电解液发生反应，不发生团聚，从而能使锂离子电池具有较高的耐久性和循环稳定性。
[0033]第三方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池负极片，所述锂离子电池负极片包括集流体和涂覆在所述集流体表面的锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料为本发明实施例第一方面提供的锂离子电池负极材料。
[0034]本发明实施例第三方面提供的锂离子电池负极片，使用其制得的锂离子电池循环寿命长，并且具有优良的放电容量和倍率性能。
[0035]第四方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包含本发明实施例第三方面提供的锂离子电池负极片。
[0036]本发明实施例第四方面提供的锂离子电池循环寿命长，并且具有优良的放电容量和倍率性能。
[0037]本发明实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是本发明实施例二与对比例中锂离子电池的常温循环性能对比图；
[0039]图2是本发明各实施例中锂离子电池的常温循环性能图。
【具体实施方式】
[0040]以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
[0041]本发明实施例第一方面提供了一种锂离子电池负极材料，以解决钛酸锂Li4Ti5O12负极材料比容量低，利用其制作的锂离子电池能量密度较低、成本高的问题。本发明实施例第二方面提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法。本发明实施例第三方面提供了一种锂离子电池负极片。本发明实施例第四方面提供了一种锂离子电池。
[0042]第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池负极材料，包含负极活性材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂，所述负极`活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的50-95%，所述过渡金属硫化物为NiS、FeS2,FeS、TiS2, MoS和Co9S8中的一种或多种，所述负极活性材料、导电剂、粘结剂占三者总质量的百分比如下:
[0043]负极活性材料70-90% ；
[0044]导电剂5~20% ；
[0045]粘结剂5~10% ；
[0046]所述有机溶剂占所述锂离子电池负极材料总质量的30-70%。
[0047]在所述锂离子电池负极材料中，所述钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在所述过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开所述过渡金属硫化物。本实施方式中，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的60-80%。
[0048]与现有技术相比，本发明提供的锂离子电池负极材料包括负极活性材料，所述负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，即所述负极活性材料是由钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物组成的混合物，此混合物由简单的物理混合得到，在该混合物中，所述钛酸锂Li4Ti5O12的质量分数为50-95%，所述过渡金属硫化物可以是NiS (硫化镍)、FeS2 (二硫化铁)、FeS (硫化亚铁)、TiS2 (二硫化钛)、MoS (硫化钥)和Co9S8 (硫化钴)中的一种或多种。一方面，由于这些过渡金属硫化物的嵌锂容量高，如NiS和FeS的嵌锂容量为600mAh/g左右，因而能使锂离子电池负极材料具有较高的容量。且这些过渡金属硫化物材料的嵌锂电位与钛酸锂Li4Ti5O12接近，因而能使锂离子电池负极材料具有平稳一致的充放电平台。这样，在钛酸锂Li4Ti5O12的充电电位范围内，过渡金属硫化物材料就能发挥其高容量，使锂离子电池负极材料具有高容量，从而可以保护负极材料不会因为长期处于饱和充电状态，导致电池寿命降低。[0049]另一方面，由于钛酸锂Li4Ti5O12在锂离子嵌入一脱嵌过程中，晶格常数变化小，体积变化小，具有良好的结构稳定性，且钛酸锂Li4Ti5O12的平衡电位约1.55V，可有效避免金属锂沉积，同时由于嵌锂电位高，没有达到SEI膜形成电位，电解液在钛酸锂Li4Ti5O12表面基本不发生还原分解。在本发明锂离子电池负极材料中，钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在过渡金属硫化物表面及周围，能很好地分散并隔开过渡金属硫化物，因此，可以防止过渡金属硫化物在循环过程中发生团聚，使锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性和耐久性。此外，由于钛酸锂Li4Ti5O12具有三维锂离子通道，其锂离子扩散系数大，因而可提高锂离子电池的倍率性能。
[0050]所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径可以是微米级别或纳米级别。本实施方式中，所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径为纳米级别。具体地，所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径可以为l~3nm。纳米结构的钛酸锂Li4Ti5O12颗粒能更好地均匀分布在过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开过渡金属硫化物，以防止过渡金属硫化物在循环过程中发生团聚。
[0051 ] 导电剂可以是目前通用的锂离子电池制作用导电剂，本实施方式中，所述导电剂为石墨、炭黑或碳纤维。所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯或环氧树脂。所述有机溶剂为N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)、N, N- 二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、四氢呋喃(THF)和甲醇中的一种或几种。
[0052]本发明实施例第一方面提供的一种锂离子电池负极材料，具有高容量，高倍率性能，且结构稳定，不易与电解液发生反应，不发生团聚，从而最终能使锂离子电池具有较高的耐久性和循环稳定性。
[0053]第二方面，本发明实施例提供了一种上述锂离子电池负极材料的制备方法，
[0054]将负极活性材料、导电剂和粘结剂按下述质量含量备料，并在有机溶剂中搅拌分散成浆料，即得锂离子电池负极材料；
[0055]所述负极活性材料、导电剂、粘结剂占三者总质量的百分比如下:
[0056]负极活性材料70~90% ；
[0057]导电剂5~20% ；
[0058]粘结剂5~10% ；
[0059]所述有机溶剂占所述锂离子电池负极材料总质量的30-70% ；
[0060]其中，负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的50~95%，所述过渡金属硫化物为NiS、FeS2^FeS, TiS2、MoS和Co9S8中的一种或多种。
[0061]具体地，所述锂离子电池负极材料的制备方法包括将粘结剂加入到有机溶剂中，在真空搅拌机中搅拌1~4小时，再加入导电剂，继续搅拌1~4小时后再加入钛酸锂Li4Ti5O12，搅拌f 4小时，最后加入过渡金属硫化物，搅拌f 4小时，得到均匀分散的浆料，即得锂离子电池负极材料。
[0062]所述搅拌时的温度为O~50°C,搅拌速度为自转2500~3500rpm,公转30~50rpmo
[0063]在所述锂离子电池负极材料中，所述钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在所述过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开所述过渡金属硫化物。
[0064]本实施方式中，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的60-80%。
[0065]所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径可以是微米级别或纳米级别。本实施方式中，所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径为纳米级别。具体地，所述钛酸锂Li4Ti5O12的颗粒粒径可以为l~3nm。纳米结构的钛酸锂Li4Ti5O12颗粒能更好地均匀分布在过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开过渡金属硫化物，以防止过渡金属硫化物在循环过程中发生团聚。
[0066]导电剂可以是目前通用的锂离子电池制作用导电剂，本实施方式中，所述导电剂为石墨、炭黑或碳纤维。所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯或环氧树脂。所述有机溶剂为N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)、N, N- 二甲基乙酰胺(DMAc)、N-2-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、四氢呋喃(THF)和甲醇中的一种或几种。
[0067]其中，关于钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物的具体叙述如前文所述，此处不再赘述。
[0068]本发明实施例第二方面提供的一种锂离子电池负极材料的制备方法，简单易行，制得的锂离子电池负极材料具有高容量，高倍率性能，且结构稳定，不易与电解液发生反应，不发生团聚，从而能使锂离子电池具有较高的耐久性和循环稳定性。
[0069]第三方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池负极片，所述锂离子电池负极片包括集流体和涂覆在所述集 流体表面的锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料为本发明实施例第一方面提供的锂离子电池负极材料。
[0070]所述集流体为可以是铝箔，具体可以是光面的铝箔或打孔的铝箔。所述集流体的厚度为12~16um。
[0071]本发明实施例第三方面提供的锂离子电池负极片，使用其制得的锂离子电池循环寿命长，并且具有优良的放电容量和倍率性能。
[0072]第四方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包含本发明实施例第三方面提供的锂离子电池负极片。
[0073]本发明实施例第四方面提供的锂离子电池循环寿命长，并且具有优良的放电容量和倍率性能。
[0074]下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。其中，本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
[0075]实施例一
[0076]一种锂离子电池负极材料的制备方法
[0077]在500gN-2_甲基吡咯烷酮(NMP)中加入25.0g聚偏氟乙烯(PVDF)、搅拌4小时后加入25.0g石墨导电剂，搅拌2小时后加入钛酸锂Li4Ti5012360.0g,搅拌4小时，后加入FeS材料90.0g，搅拌4小时，得到稳定的混合负极浆料，即为锂离子电池负极材料。其中，搅拌时的温度为30°C,搅拌速度为自转2500rpm,公转30rpm。
[0078]锂离子电池负极片的制备
[0079]取上述的锂离子电池负极材料浆料，涂覆在打孔的铝箔上，涂覆重量为8.66g/cm2 (不含铝箔)，置于烘箱中在100~120°C下烘烤电极，将烘烤干后的极片进行辊压，得到厚度为0.107mm的负极片,最后裁切成尺寸为97*126mm负极电极。
[0080]锂离子电池的制备
[0081]将200g正极活性物质镍钴锰酸锂、5.3g粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)、5.3g导电剂乙炔黑的混合物加入到HOgN-甲基一 2吡咯烷酮(NMP)中，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的正极浆料。将该浆料均匀的涂布在16微米的铝箔上，控制涂布的面密度为14.8g/cm2，然后在120°C下烘干，经过辊压后裁切成尺寸为97*126mm正极电极。
[0082]将上述得到的负极电极、正极电极及隔离膜按照交替的顺序叠好后用铝塑膜预封，将在溶剂(碳酸亚乙酯:甲基乙基碳酸酯:碳酸二乙酯体积比为1:1:1)中含有I摩尔的六氟磷酸锂的电解液70g注入上述电池中，按照常规方式化成，即得到锂离子电池，并进行电化学性能测试。
[0083]实施例二
[0084]一种锂离子电池负极材料的制备方法
[0085]在500gN-2_甲基吡咯烷酮(NMP)中加入21.4g聚偏二氟乙烯(PVDF)、搅拌I小时后加入42.9g炭黑导电剂，搅拌2小时后加入钛酸锂Li4Ti5012162.9g，搅拌I小时，后加入FeS材料8.6g，搅拌3小时，得到稳定的混合负极浆料，即为锂离子电池负极材料。其中，搅拌时的温度为30°C,搅拌速度为自转3500rpm,公转40rpm。
[0086]锂离子电池负极片的制备
[0087]取上述的锂离子电池负极材料浆料，涂覆在打孔的铝箔上，涂覆重量为12.0lg/cm2 (不含铝箔)，置于烘箱中在100?120°C下烘烤电极，将烘烤干后的极片进行辊压，得到厚度为0.140mm的负极片,最后裁切成尺寸为97*126mm负极电极。
[0088]锂离子电池的制备
[0089]同实施例一。
[0090]实施例三
[0091]一种锂离子电池负极材料的制备方法
[0092]在500g N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)中加入36.7g聚偏氟乙烯(PVDF)、搅拌2小时后加入61.1g碳纤维，搅拌3小时后加入钛酸锂Li4Ti5012308.0g,搅拌I小时，后加入NiS材料205.3g，搅拌4小时，得到稳定的混合负极浆料，即为锂离子电池负极材料。其中，搅拌时的温度为30°C,搅拌速度为自转3000rpm,公转50rpm。
[0093]锂离子电池负极片的制备
[0094]取上述的锂离子电池负极材料浆料，涂覆在打孔的铝箔上，涂覆重量为9.04g/cm2 (不含铝箔)，置于烘箱中在100?120°C下烘烤电极，将烘烤干后的极片进行辊压，得到厚度为0.1lOmm的负极片,最后裁切成尺寸为97*126mm负极电极。
[0095]锂离子电池的制备
[0096]同实施例一。
[0097]实施例四
[0098]一种锂离子电池负极材料的制备方法
[0099]在500g N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)中加入93.3g聚偏二氟乙烯(PVDF)、搅拌4小时后加入140.0g碳纤维，搅拌2小时后加入钛酸锂Li4Ti5012641.7g，搅拌4小时，后加入NiS材料291.7g，搅拌4小时，得到稳定的混合负极浆料，即为锂离子电池负极材料。其中，搅拌时的温度为30°C,搅拌速度为自转2500rpm,公转30rpm。
[0100]锂离子电池负极片的制备
[0101]取上述的锂离子电池负极材料浆料，涂覆在打孔的铝箔上，涂覆重量为9.76g/cm2 (不含铝箔)，置于烘箱中在100?120°C下烘烤电极，将烘烤干后的极片进行辊压，得到厚度为0.118mm的负极片,最后裁切成尺寸为97*126mm负极电极。
[0102]锂离子电池的制备
[0103]同实施例一。
[0104]实施例五
[0105]一种锂离子电池负极材料的制备方法
[0106]在500g N, N- 二甲基乙酰胺(DMAc)中加入32.7g聚偏氟乙烯(PVDF)、搅拌4小时后加入40.9g石墨导电剂，搅拌2小时后加入钛酸锂Li4Ti5012167.7g，搅拌3小时，后加入TiS2材料167.7g，搅拌4小时，得到稳定的混合负极浆料，即为锂离子电池负极材料。其中，搅拌时的温度为30°C,搅拌速度为自转2500rpm,公转30rpm。
[0107]锂离子电池负极片的制备
[0108]取上述的锂离子电池负极材料浆料，涂覆在打孔的铝箔上，涂覆重量为10.39g/cm2 (不含铝箔)，置于烘箱中在100?120°C下烘烤电极，将烘烤干后的极片进行辊压，得到厚度为0.124mm的负极片,最后裁切成尺寸为97*126mm负极电极。
[0109]锂离子电池的制备
[0110]同实施例一。
[0111]实施例六
[0112]一种锂离子电池负极材料的制备方法
[0113]在500g N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中加入60.0g聚偏二氟乙烯(PVDF)、搅拌4小时后加入112.5g碳纤维，搅拌2小时后加入钛酸锂Li4Ti5012487.5g，搅拌4小时，后加入TiS2材料90.0g，搅拌4小时，得到稳定的混合负极浆料，即为锂离子电池负极材料。其中，搅拌时的温度为30°C,搅拌速度为自转2500rpm,公转30rpm。
[0114]锂离子电池负极片的制备
[0115]取上述的锂离子电池负极材料浆料，涂覆在打孔的铝箔上，涂覆重量为12.52g/cm2 (不含铝箔)，置于烘箱中在100?120°C下烘烤电极，将烘烤干后的极片进行辊压，得到厚度为0.145mm的负极片,最后裁切成尺寸为97*126mm负极电极。
[0116]锂离子电池的制备
[0117]同实施例一。
[0118]实施例七
[0119]一种锂离子电池负极材料的制备方法
[0120]在500g四氢呋喃(THF)中加入16.7g聚偏氟乙烯(PVDF)、搅拌4小时后加入26.7g石墨导电剂，搅拌2小时后加入钛酸锂Li4Ti5012233.3g，搅拌2小时，后加入Co9S8材料56.7g，搅拌4小时，得到稳定的混合负极浆料，即为锂离子电池负极材料。其中，搅拌时的温度为30°C,搅拌速度为自转2500rpm,公转30rpm。
[0121]锂离子电池负极片的制备
[0122]取上述的锂离子电池负极材料浆料，涂覆在打孔的铝箔上，涂覆重量为10.Mg/cm2 (不含铝箔)，置于烘箱中在100~120°C下烘烤电极，将烘烤干后的极片进行辊压，得到厚度为0.124mm的负极片,最后裁切成尺寸为97*126mm负极电极。
[0123]锂离子电池的制备
[0124]同实施例一。
[0125]对比例一
[0126]用纯钛酸锂Li4Ti5O12材料作为负极活性材料，采用与实施例一相同的制作方法，制作电极及锂离子电池。
[0127]对比例二
[0128]用FeS材料作为负极活性材料，采用与实施例一相同的制作方法，制作电极及锂离子电池。
[0129]以上实施例和对比例中制得的锂离子电池为实验电池，用于下述效果实施例性能测试。
[0130]效果实施例
[0131]为对本发明实施例技术方案带来的有益效果进行有力支持，特提供以下性能测试:
[0132]将上述实施例和对比例中制得的锂离子电池，采用电池性能测试仪进行充放电循环的测试。测试条件为:IC充电至2.8V，IC放电至1.8V。
[0133]表1为本发明各实施例与对比例中锂离子电池的能量密度比较，包括重量能量密度和体积能量密度。
[0134]表1各实施例与对比例中锂离子电池的能量密度比较
[0135]
【权利要求】
1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，包含负极活性材料、导电剂、粘结剂和有机溶剂，所述负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的50~95%，所述过渡金属硫化物为NiS、FeS2, FeS、TiS2, MoS和Co9S8中的一种或多种，所述负极活性材料、导电剂、粘结剂占三者总质量的百分比如下: 负极活性材料70-90% ； 导电剂5~20% ； 粘结剂5~10% ； 所述有机溶剂 占所述锂离子电池负极材料总质量的30-70%。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料，其特征在于，在所述锂离子电池负极材料中，所述钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在所述过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开所述过渡金属硫化物。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料，其特征在于，所述导电剂为石墨、炭黑或碳纤维；所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯或环氧树脂；所述有机溶剂为N, N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、Ν-2-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氢呋喃和甲醇中的一种或几种。
4.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，将负极活性材料、导电剂和粘结剂按下述质量含量备料，并在有机溶剂中搅拌分散成浆料，即得锂离子电池负极材料； 所述负极活性材料、导电剂、粘结剂占三者总质量的百分比如下: 负极活性材料70-90% ； 导电剂5~20% ； 粘结剂5~10% ； 所述有机溶剂占所述锂离子电池负极材料总质量的30-70% ； 其中，负极活性材料包括钛酸锂Li4Ti5O12和过渡金属硫化物，所述钛酸锂Li4Ti5O12占所述负极活性材料总质量的50~95%，所述过渡金属硫化物为NiS、FeS2, FeS、TiS2, MoS和Co9S8中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，将粘结剂加入到有机溶剂中，在真空搅拌机中搅拌1~4小时，再加入导电剂，继续搅拌1~4小时后再加入钛酸锂Li4Ti5O12，搅拌f 4小时，最后加入过渡金属硫化物，搅拌f 4小时，得到均匀分散的浆料，即得锂离子电池负极材料。
6.如权利要求5所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌时的温度为O~50°C，搅拌速度为自转2500~3500rpm，公转30~50rpm。
7.如权利要求4所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，在所述锂离子电池负极材料中，所述钛酸锂Li4Ti5O12颗粒均匀分布在所述过渡金属硫化物表面及周围，分散并隔开所述过渡金属硫化物。
8.如权利要求4所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述导电剂为石墨、炭黑或碳纤维；所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯或环氧树脂；所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-2-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氢呋喃和甲醇中的一种或几种。
9.一种锂离子电池负极片，其特征在于，所述锂离子电池负极片包括集流体和涂覆在所述集流体表面的锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料如权利要求广3中任一项所述。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含如权利要求9所述的锂离子电池负极片。
【文档编号】H01M4/485GK103682295SQ201210362688
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】张光辉, 叶海林 申请人:华为技术有限公司