一种锂离子电池用电极极片的制作方法

本实用新型涉及一种锂离子电池用电极极片，具体涉及一种可用作锂离子电池负极的具有充放电可逆性高，循环性能良好的二氧化钛/铌钛氧化物复合电极极片，属于锂离子电池领域。

背景技术：

随着各种便携式电子设备的小型化及对电动汽车的广泛需求，对化学电源的需求和性能要求急剧增长，而传统锂离子电池均采用碳类材料作为其负极材料，由于受锂离子在其晶格中的扩散速度的限制，碳类负极材料在过充电和大电流充电时，易造成锂枝晶在其表面的沉积，而锂枝晶容易刺破隔离正负电极的隔膜材料，从而引发电池微短路或局部过热等安全隐患。这也是锂离子电池在动力电池领域应用的瓶颈问题之一。因此，寻找更为安全的新型电极材料是锂离子电池研究的重要课题。

以TiO₂为基体发展起来的新一代纳米级锂离子电池氧化物负极材料，由于其脱嵌锂电位高，能有效抑制电解液在电极材料表明的分解，因此，具有非常优异的电化学可逆性能。此外，该类材料最大的特点是，由于电化学储电反应都发生在较高的电位上，可以最大限度地避免锂的析出，因此，该类材料不仅能降低由于不可逆的电解液分解造成的锂源消耗问题，而且能够避免锂枝晶在电极表面的析出，从而避免了隔膜的刺破造成的电池微短路，有效提高锂离子电池的安全性。

但这类零体积效应氧化物材料作为锂离子电池负极材料时，由于其半导体特性，其电子及锂离子导电率较低，因而不得不通过减低材料的尺寸以提高材料与导电剂的接触面积才能满足大电流充放电条件。因此对于这类氧化物材料复合负极的制备，多是将材料高度分散于导电剂中，并提高导电剂在电极中的质量与体积百分比，以克服材料本身的低导电性。但是向负极材料中加入较多的导电剂，一方面改善了其导电性，并且在一定程度上减小了电化学过程中的体积效应，但是另一方面，也降低了电极的体积密度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种锂离子电池用电极极片，针对二氧化钛/铌钛氧化物的低导电特性，提供一种新型的具有三维网络结构的负极复合极片。该极片由二氧化钛/铌钛氧化物复合负极材料、内孔表面涂覆有碳层的三维金属集流体骨架和极耳组成。这种新的构造不引入导电剂和粘结剂，通过二氧化钛/铌钛氧化物复合负极材料、聚合物热解碳与涂覆碳层的三维骨架集流体之间的粘合力构成极片，通过三维金属网络形成的基本构型以及集流体网格表面的碳层和负极颗粒之间的热解碳提高电极活性材料的电接触性能，改善其循环稳定性。

一种锂离子电池用电极极片，所述电极极片由极片本体及极耳组成，

所述极片本体主体为集流体骨架，所述集流体骨架具有三维网络结构，所述三维网络结构所构成的网格为不规则形状网格；所述集流体骨架网格表面覆有碳层；所述网格内部由填充物完全填充，所述填充物为二氧化钛/铌钛氧化物颗粒分散于聚合物热解碳中形成的混合物。

本实用新型提供的锂离子电极极片，其主体为集流体骨架，所述集流体骨架采用三维网络结构而非传统锂离子电池常用的二维平面金属薄膜，集流体不仅起着集流作用，而且也作为电极的基本框架形成电极的支撑结构。所述集流体骨架的三维网络结构形成的网格为不规则形态孔洞。具有三维不规则孔洞的集流体骨架的孔内表面覆有高导电性的碳层；二氧化钛/铌钛氧化物复合负极材料分散于聚合物热解碳中并通过热解碳固定于集流体骨架形成的网络结构中，靠集流体的电子输运完成嵌脱锂过程，为电极的活性中心；极耳与金属集流体点焊连接，与外电路相连形成电流通路。这种三维填充结构有利于改善集流体与二氧化钛/铌钛氧化物复合负极材料之间的结合力，将电极材料有效束缚于三维不规则空腔结构中。三维金属集流体内孔表面的碳层进一步改善导电性能，提高整体电极的循环稳定性。

本实用新型所述锂离子电池用电极极片优选所述二氧化钛/铌钛氧化物颗粒通过聚合物热解生成的聚合物热解碳的粘结作用固定于集流体骨架的不规则三维网格中。

本实用新型所述锂离子电池用电极极片优选所述碳层的厚度为1～10微米。

本实用新型所述锂离子电池用电极极片优选所述碳层的材料为石墨碳、石墨烯、活性炭、无定型碳的一种或其混合物。

本实用新型所述锂离子电池用电极极片优选所述碳层通过将集流体骨架浸入含有碳材料的溶液中后干燥覆在集流体网格表面上。

本实用新型所述锂离子电池用电极极片优选所述填充物为氧化钛/铌钛氧化物颗粒与聚合物高温热解碳复合而成，所述二氧化钛/铌钛氧化物颗粒为球形铌钛氧化物表面分散有锐钛矿型二氧化钛颗粒，所述无定型铌钛氧化物为具有通式Ti_xNb_yO_2x+2.5y的化合物，x＝0.1～1，y＝1～2；所述聚合物为任何可以在高温下热解为碳的聚合物。

进一步地，优选所述聚合物为聚丙烯，聚氯乙烯。

本实用新型所述锂离子电池用电极极片优选所述集流体骨架为电极活性物质能够均匀分散其中和表面，并且具有一定耐高温特性且导电性良好的集流材料，优选为泡沫镍或泡沫铜。

本实用新型的有益效果为：本实用新型所提供的锂离子电池用电极极片不引入传统锂离子电池极片中常用的导电剂和粘结剂，而是通过活性复合电极材料与内孔涂覆碳层的三维网络骨架结构集流体之间的聚合物热解碳的粘结作用构造成具有良好分散性和高粘接性的极片，这是本实用新型区别于其他类型极片的构造的显著特点。并且具有低成本、易成型等优点。

附图说明

图1为一种锂离子电池用电极极片微观构造示意图；

图2为一种锂离子电池用电极极片基本结构示意图，附图标记如下：

1、集流体骨架，2、碳层，3、二氧化钛/铌钛氧化物颗粒，4、聚合物热解碳，5、极耳。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

一种锂离子电池用电极极片，所述电极极片由极片本体及极耳5组成，所述极耳5焊接在极片主体外缘一端。

所述极片本体主体为集流体骨架1，所述集流体骨架1具有三维网络结构，所述三维网络结构所构成的网格为不规则形状网格；所述集流体骨架1网格表面覆有碳层2；所述网格内部由填充物完全填充，所述填充物为二氧化钛/铌钛氧化物颗粒3分散于聚合物热解碳4中形成的混合物。

所述二氧化钛/铌钛氧化物颗粒通过聚合物热解生成的聚合物热解碳4的粘结作用固定于集流体骨架1的不规则三维网格中。所述碳层2的厚度为8微米。所述碳层2的碳材料为石墨碳层。所述碳层2通过将集流体骨架1浸入含有石墨碳粉的溶液中后干燥覆在集流体网格表面上。

所述填充物为氧化钛/铌钛氧化物颗粒与聚合物高温热解碳复合而成，所述二氧化钛/铌钛氧化物颗粒为球形铌钛氧化物表面分散有锐钛矿型二氧化钛颗粒，所述无定型铌钛氧化物为具有通式Ti_xNb_yO_2x+2.5y的化合物，x＝0.5，y＝2；所述聚合物为聚丙烯；所述集流体骨架1为泡沫镍。

实施例2

一种锂离子电池用电极极片，所述电极极片由极片本体及极耳5组成，所述极耳5焊接在极片主体外缘一端。

所述极片本体主体为集流体骨架1，所述集流体骨架1具有三维网络结构，所述三维网络结构所构成的网格为不规则形状网格；所述集流体骨架1网格表面覆有碳层2；所述网格内部由填充物完全填充，所述填充物为二氧化钛/铌钛氧化物颗粒3分散于聚合物热解碳4中形成的混合物。

所述二氧化钛/铌钛氧化物颗粒通过聚合物热解生成的聚合物热解碳4的粘结作用固定于集流体骨架1的不规则三维网格中。所述碳层2的厚度为3微米。所述碳层2的碳材料为石墨烯和无定型碳的混合物。所述碳层2通过将集流体骨架1浸入含有石墨烯和无定型碳混合的溶液中后干燥覆在集流体网格表面上。

所述填充物为氧化钛/铌钛氧化物颗粒与聚合物高温热解碳复合而成，所述二氧化钛/铌钛氧化物颗粒为球形铌钛氧化物表面分散有锐钛矿型二氧化钛颗粒，所述无定型铌钛氧化物为具有通式Ti_xNb_yO_2x+2.5y的化合物，x＝0.2，y＝1.3；所述聚合物为聚氯乙烯；所述集流体骨架1为泡沫铜。