本實用新型涉及一種鋰離子電池用電極極片，具體涉及一種可用作鋰離子電池負(fù)極的具有充放電可逆性高，循環(huán)性能良好的二氧化鈦/鈮鈦氧化物復(fù)合電極極片，屬于鋰離子電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著各種便攜式電子設(shè)備的小型化及對電動汽車的廣泛需求，對化學(xué)電源的需求和性能要求急劇增長，而傳統(tǒng)鋰離子電池均采用碳類材料作為其負(fù)極材料，由于受鋰離子在其晶格中的擴散速度的限制，碳類負(fù)極材料在過充電和大電流充電時，易造成鋰枝晶在其表面的沉積，而鋰枝晶容易刺破隔離正負(fù)電極的隔膜材料，從而引發(fā)電池微短路或局部過熱等安全隱患。這也是鋰離子電池在動力電池領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸問題之一。因此，尋找更為安全的新型電極材料是鋰離子電池研究的重要課題。

以TiO₂為基體發(fā)展起來的新一代納米級鋰離子電池氧化物負(fù)極材料，由于其脫嵌鋰電位高，能有效抑制電解液在電極材料表明的分解，因此，具有非常優(yōu)異的電化學(xué)可逆性能。此外，該類材料最大的特點是，由于電化學(xué)儲電反應(yīng)都發(fā)生在較高的電位上，可以最大限度地避免鋰的析出，因此，該類材料不僅能降低由于不可逆的電解液分解造成的鋰源消耗問題，而且能夠避免鋰枝晶在電極表面的析出，從而避免了隔膜的刺破造成的電池微短路，有效提高鋰離子電池的安全性。

但這類零體積效應(yīng)氧化物材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時，由于其半導(dǎo)體特性，其電子及鋰離子導(dǎo)電率較低，因而不得不通過減低材料的尺寸以提高材料與導(dǎo)電劑的接觸面積才能滿足大電流充放電條件。因此對于這類氧化物材料復(fù)合負(fù)極的制備，多是將材料高度分散于導(dǎo)電劑中，并提高導(dǎo)電劑在電極中的質(zhì)量與體積百分比，以克服材料本身的低導(dǎo)電性。但是向負(fù)極材料中加入較多的導(dǎo)電劑，一方面改善了其導(dǎo)電性，并且在一定程度上減小了電化學(xué)過程中的體積效應(yīng)，但是另一方面，也降低了電極的體積密度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種鋰離子電池用電極極片，針對二氧化鈦/鈮鈦氧化物的低導(dǎo)電特性，提供一種新型的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的負(fù)極復(fù)合極片。該極片由二氧化鈦/鈮鈦氧化物復(fù)合負(fù)極材料、內(nèi)孔表面涂覆有碳層的三維金屬集流體骨架和極耳組成。這種新的構(gòu)造不引入導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，通過二氧化鈦/鈮鈦氧化物復(fù)合負(fù)極材料、聚合物熱解碳與涂覆碳層的三維骨架集流體之間的粘合力構(gòu)成極片，通過三維金屬網(wǎng)絡(luò)形成的基本構(gòu)型以及集流體網(wǎng)格表面的碳層和負(fù)極顆粒之間的熱解碳提高電極活性材料的電接觸性能，改善其循環(huán)穩(wěn)定性。

一種鋰離子電池用電極極片，所述電極極片由極片本體及極耳組成，

所述極片本體主體為集流體骨架，所述集流體骨架具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的網(wǎng)格為不規(guī)則形狀網(wǎng)格；所述集流體骨架網(wǎng)格表面覆有碳層；所述網(wǎng)格內(nèi)部由填充物完全填充，所述填充物為二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒分散于聚合物熱解碳中形成的混合物。

本實用新型提供的鋰離子電極極片，其主體為集流體骨架，所述集流體骨架采用三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而非傳統(tǒng)鋰離子電池常用的二維平面金屬薄膜，集流體不僅起著集流作用，而且也作為電極的基本框架形成電極的支撐結(jié)構(gòu)。所述集流體骨架的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的網(wǎng)格為不規(guī)則形態(tài)孔洞。具有三維不規(guī)則孔洞的集流體骨架的孔內(nèi)表面覆有高導(dǎo)電性的碳層；二氧化鈦/鈮鈦氧化物復(fù)合負(fù)極材料分散于聚合物熱解碳中并通過熱解碳固定于集流體骨架形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，靠集流體的電子輸運完成嵌脫鋰過程，為電極的活性中心；極耳與金屬集流體點焊連接，與外電路相連形成電流通路。這種三維填充結(jié)構(gòu)有利于改善集流體與二氧化鈦/鈮鈦氧化物復(fù)合負(fù)極材料之間的結(jié)合力，將電極材料有效束縛于三維不規(guī)則空腔結(jié)構(gòu)中。三維金屬集流體內(nèi)孔表面的碳層進一步改善導(dǎo)電性能，提高整體電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

本實用新型所述鋰離子電池用電極極片優(yōu)選所述二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒通過聚合物熱解生成的聚合物熱解碳的粘結(jié)作用固定于集流體骨架的不規(guī)則三維網(wǎng)格中。

本實用新型所述鋰離子電池用電極極片優(yōu)選所述碳層的厚度為1～10微米。

本實用新型所述鋰離子電池用電極極片優(yōu)選所述碳層的材料為石墨碳、石墨烯、活性炭、無定型碳的一種或其混合物。

本實用新型所述鋰離子電池用電極極片優(yōu)選所述碳層通過將集流體骨架浸入含有碳材料的溶液中后干燥覆在集流體網(wǎng)格表面上。

本實用新型所述鋰離子電池用電極極片優(yōu)選所述填充物為氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒與聚合物高溫?zé)峤馓紡?fù)合而成，所述二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒為球形鈮鈦氧化物表面分散有銳鈦礦型二氧化鈦顆粒，所述無定型鈮鈦氧化物為具有通式Ti_xNb_yO_2x+2.5y的化合物，x＝0.1～1，y＝1～2；所述聚合物為任何可以在高溫下熱解為碳的聚合物。

進一步地，優(yōu)選所述聚合物為聚丙烯，聚氯乙烯。

本實用新型所述鋰離子電池用電極極片優(yōu)選所述集流體骨架為電極活性物質(zhì)能夠均勻分散其中和表面，并且具有一定耐高溫特性且導(dǎo)電性良好的集流材料，優(yōu)選為泡沫鎳或泡沫銅。

本實用新型的有益效果為：本實用新型所提供的鋰離子電池用電極極片不引入傳統(tǒng)鋰離子電池極片中常用的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，而是通過活性復(fù)合電極材料與內(nèi)孔涂覆碳層的三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)集流體之間的聚合物熱解碳的粘結(jié)作用構(gòu)造成具有良好分散性和高粘接性的極片，這是本實用新型區(qū)別于其他類型極片的構(gòu)造的顯著特點。并且具有低成本、易成型等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為一種鋰離子電池用電極極片微觀構(gòu)造示意圖；

圖2為一種鋰離子電池用電極極片基本結(jié)構(gòu)示意圖，附圖標(biāo)記如下：

1、集流體骨架，2、碳層，3、二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒，4、聚合物熱解碳，5、極耳。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。

下述實施例中所述試驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

實施例1

一種鋰離子電池用電極極片，所述電極極片由極片本體及極耳5組成，所述極耳5焊接在極片主體外緣一端。

所述極片本體主體為集流體骨架1，所述集流體骨架1具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的網(wǎng)格為不規(guī)則形狀網(wǎng)格；所述集流體骨架1網(wǎng)格表面覆有碳層2；所述網(wǎng)格內(nèi)部由填充物完全填充，所述填充物為二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒3分散于聚合物熱解碳4中形成的混合物。

所述二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒通過聚合物熱解生成的聚合物熱解碳4的粘結(jié)作用固定于集流體骨架1的不規(guī)則三維網(wǎng)格中。所述碳層2的厚度為8微米。所述碳層2的碳材料為石墨碳層。所述碳層2通過將集流體骨架1浸入含有石墨碳粉的溶液中后干燥覆在集流體網(wǎng)格表面上。

所述填充物為氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒與聚合物高溫?zé)峤馓紡?fù)合而成，所述二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒為球形鈮鈦氧化物表面分散有銳鈦礦型二氧化鈦顆粒，所述無定型鈮鈦氧化物為具有通式Ti_xNb_yO_2x+2.5y的化合物，x＝0.5，y＝2；所述聚合物為聚丙烯；所述集流體骨架1為泡沫鎳。

實施例2

一種鋰離子電池用電極極片，所述電極極片由極片本體及極耳5組成，所述極耳5焊接在極片主體外緣一端。

所述極片本體主體為集流體骨架1，所述集流體骨架1具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的網(wǎng)格為不規(guī)則形狀網(wǎng)格；所述集流體骨架1網(wǎng)格表面覆有碳層2；所述網(wǎng)格內(nèi)部由填充物完全填充，所述填充物為二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒3分散于聚合物熱解碳4中形成的混合物。

所述二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒通過聚合物熱解生成的聚合物熱解碳4的粘結(jié)作用固定于集流體骨架1的不規(guī)則三維網(wǎng)格中。所述碳層2的厚度為3微米。所述碳層2的碳材料為石墨烯和無定型碳的混合物。所述碳層2通過將集流體骨架1浸入含有石墨烯和無定型碳混合的溶液中后干燥覆在集流體網(wǎng)格表面上。

所述填充物為氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒與聚合物高溫?zé)峤馓紡?fù)合而成，所述二氧化鈦/鈮鈦氧化物顆粒為球形鈮鈦氧化物表面分散有銳鈦礦型二氧化鈦顆粒，所述無定型鈮鈦氧化物為具有通式Ti_xNb_yO_2x+2.5y的化合物，x＝0.2，y＝1.3；所述聚合物為聚氯乙烯；所述集流體骨架1為泡沫銅。