[发明专利]钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于储能研究领域，特别涉及一种钛酸锂负极材料，所述钛酸锂负极材料的颗粒直径D1为1μm‑200μm，所述钛酸锂负极材料为二次颗粒结构，所述二次颗粒由一次颗粒及电子传导组分组成，所述一次颗粒粒径为D2，D2≤0.5D1；所述电子传导组分中包括石墨烯片层，所述一次颗粒与所述石墨烯片层均匀分散；所述石墨烯片层之间存在强键合力；即能够构建具有柔韧性的导电网络结构，将钛酸锂一次颗粒固定在该网络结构中，从而得到性能优良的钛酸锂负极材料。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，特别涉及一种钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其快速充放电、低温性能好、比能量大、自放电率小、体积小、重量轻等优势，自其诞生以来，便给储能领域带来了革命性的变化，被广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中。然而随着人们生活水平的提高，更高的用户体验对锂离子电池提出了更高的要求：更加快速的充放电(比如5C甚至10C)、更广阔的温度范围(比如零下三十摄氏度)内使用等；为了解决上述问题必须寻找新的性能更加优异的电极材料。

目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，但因其充放电速度慢(一般充放电速度在1C以内)，且低温性能较差(使用温度一般在-10℃以上)，已不能满足用户的迫切需求；因此，更高充放电速度、更宽温度范围内使用的负极材料的开发迫在眉睫。作为锂离子电池负极材料，钛酸锂一直备受关注：其充放电速度可以在10C以上，且-30℃时仍然能够发挥出较为理想的容量，因此是新一代快充负极材料的最优选择之一。

但是由于钛酸锂材料颗粒本身导电性能差、组装成电池后电池的内阻较大，且在充放电过程中，容易产生气体从而影响电池的使用，限制了其更广泛的应用。为了解决上述问题，现有技术主要有钛酸锂颗粒纳米化、向纳米化钛酸锂颗粒中加入具有优良导电性能的石墨烯材料等等，用于提高钛酸锂整体颗粒的导电性能。

然而由于石墨烯材料具有独特的柔性二维平面结构，其片层非常容易将纳米化的钛酸锂颗粒包覆在其内部，从而阻碍充放电过程中锂离子与钛酸锂材料之间的嵌合，影响钛酸锂材料容量、倍率等电化学性能的发挥；同时，石墨烯片层之间作用力较弱，添加了石墨烯的钛酸锂二次颗粒结构相对较为松散，电池制备过程中电极冷压是容易破裂，且响应的电池在循环过程中容易产气。

有鉴于此，确有必要提出一种钛酸锂负极材料及其制备方法，其既可发挥出石墨烯的最大优势，又能避免其在二次颗粒中带来的负面影响。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种钛酸锂负极材料，所述钛酸锂负极材料的颗粒直径D1为1μm-200μm，所述钛酸锂负极材料为二次颗粒结构，所述二次颗粒由一次颗粒及电子传导组分组成，所述一次颗粒粒径为D2，D2≤0.5D1；所述电子传导组分中包括石墨烯片层，所述一次颗粒与所述石墨烯片层均匀分散；所述石墨烯片层之间存在强键合力；即能够构建具有柔韧性的导电网络结构，将钛酸锂一次颗粒固定在该网络结构中，从而得到性能优良的钛酸锂负极材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛酸锂负极材料，所述钛酸锂负极材料的颗粒直径D1为1μm-200μm，颗粒粒径过小，后续制备电极浆料时加工性能差，颗粒粒径过大，钛酸锂负极的倍率性能差；所述钛酸锂负极材料为二次颗粒结构，所述二次颗粒由一次颗粒及电子传导组分组成，所述一次颗粒粒径为D2，D2≤0.5D1，即二次颗粒至少由8个一次颗粒组成，从而确保二次颗粒具有更好的结构稳定性；所述电子传导组分中包括石墨烯片层，所述一次颗粒与所述石墨烯片层均匀分散；所述石墨烯片层之间存在强键合力；即能够构建具有柔韧性的导电网络结构，将钛酸锂一次颗粒固定在该网络结构中，从而得到性能优良的钛酸锂负极材料。