[发明专利]一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法

说明书

本发明提供一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法，钛酸锂电池材料包括钛酸锂一次粒子，一次粒子表面包覆有第一包覆层，一次粒子聚集形成二次粒子，二次粒子表面包覆有第二包覆层，第一包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂，第二包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂，一次粒子的粒径为100‑500nm，二次粒子的粒径为5‑20μm。该钛酸锂电池材料同时具有高电子导电率和高离子导电率，制得的全电池容量发挥高，倍率充放电性能良好，高温循环性能好，而且能解决材料的胀气问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其是涉及一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法。

背景技术

与石墨负极材料相比，钛酸锂材料：1)安全性能好，因其本身嵌锂电位较高，充放电过程中不会析出锂枝晶刺穿隔膜，避免引起电池短路；2)充放电过程中体积几乎无变化，是一种“零应变”材料，循环性能好；3)锂离子化学扩散系数高，具有三维锂离子通道，适合快速充放电；4)低温性能好。但是，钛酸锂材料有两个缺点：1.电子导电性差；2.由于钛酸锂负极材料中的结晶水以及电解液中存在的痕量水较难除去，在成品电池的化成以及循环过程中，痕量水造成电解液分解并产生气体，造成胀气现象，导致电芯鼓包，极大降低钛酸锂电池的寿命。

现有技术中，对钛酸锂材料的改性主要是离子掺杂和材料表面包覆，对于离子掺杂，由于高温固相掺杂容易导致颗粒团聚，使得材料与电解液接触不充分，离子传输困难，大电流放电效果差；而材料表面包覆效果较好，方法简单，成为常用的改性方法。现有技术中的方法包覆后电子导电性提高了，但是又常会使材料的离子导电率下降，且有的方法包覆不完整，无法有效的避免钛酸锂与电解液的接触，防止电池胀气的发生，使电池的寿命不高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法，同时具有高的电子导电率和高的离子导电率，电池充放电性能好，并且可有效防止产气，提高电池使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双重包覆的钛酸锂电池材料，包括钛酸锂一次粒子，一次粒子表面包覆有第一包覆层，一次粒子聚集形成二次粒子，二次粒子表面包覆有第二包覆层，第一包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂，第二包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂，一次粒子的粒径为100-500nm，二次粒子的粒径为5-20μm。

技术方案中，优选的，第一包覆层中的碳元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5％，第一包覆层中的铝元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5％。

技术方案中，优选的，第二包覆层中的碳元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5％，第二包覆层中的铝元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5％。

本发明的另一目的是提供一种双重包覆的钛酸锂电池材料的制备方法，包括：

第一步、将锂源、钛源、第一添加剂、第二添加剂与水混合1-24小时，然后干燥、于500-1200℃焙烧1-15小时得到一次物料，第一添加剂为石墨烯和石墨烯前驱体中的一种或多种的组合，第二添加剂为偏铝酸锂和偏铝酸锂前驱体中的一种或多种的组合，原料中固体质量百分比为10％-50％，焙烧温度优选为700-900℃；

第二步、将一次物料、第三添加剂、第四添加剂与水混合1-24小时，然后干燥、于500-1200℃焙烧1-15小时得到双重包覆的钛酸锂电池材料，第三添加剂为石墨烯和石墨烯前驱体中的一种或多种的组合，第四添加剂为偏铝酸锂和偏铝酸锂前驱体中的一种或多种的组合，原料中固体质量百分比为10％-50％，焙烧温度优选为700-900℃。

技术方案中，优选的，第一步中锂源与钛源摩尔比为锂：钛为0.75-1.0，优选为0.8-0.9，第一添加剂中碳元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5％，第二添加剂中铝元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5％。