[发明专利]一种钛酸锂负极材料、制备方法、负极极片及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种钛酸锂负极材料、制备方法、负极极片及锂离子电池，钛酸锂负极材料包括固体量、分散剂以及分散介质；固体量与分散介质质量比为(0.2‑0.6)：(0.4‑0.8)；固体量包括锂源、钛源以及碳纳米管；锂源、钛源以及碳纳米管与分散剂质量比为1：(2‑2.6)：(0.005‑0.04)：(0.005‑0.04)。制得的钛酸锂负极材料应用于负极极片，制成锂离子电池时，其克容量高，倍率性能优越；适合工业化生产，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种钛酸锂负极材料、制备方法、负极极片及锂离子电池。

背景技术

与石墨作为负极材料的其他动力电池相比，采用钛酸锂作为负极材料的动力电池具有明显的优势：电池的安全性能优势明显，尖晶石型的钛酸锂负极材料充放电电压平稳，嵌锂电位较高，电压平台1.55V，远高于锂析电位，因此电池在充放电过程中不会析出锂枝晶，导致刺穿隔膜引起短路安全问题；低温性能好。钛酸锂电池非常适合用于寒冷地区，低温条件下钛酸锂材料仍然具有高的锂离子扩散系数；倍率性能好。钛酸锂材料扩散系数高，具有三维锂离子通道，适合用于高功率车型如AGV、矿用车等；循环性能好。

由于钛酸锂负极材料电压平台高的特点，导致钛酸锂全电池能量密度相对偏低。现在也有提高钛酸锂电池能量密度的方式，例如，通过简单的三步水热法制备出了超薄Li₄Ti₅O₁₂纳米片(HLTO-NS)组装的分级结构微球，表现出良好的电化学性能。但是，该方法虽然提高了材料的克容量，但对材料倍率性能提高没有太大作用，同时三步水热法成本高，不适合工业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钛酸锂负极材料、制备方法、负极极片及锂离子电池，本钛酸锂负极材料应用于负极极片，制成锂离子电池时，其克容量高，倍率性能优越。

一种钛酸锂负极材料，包括固体量、分散剂以及分散介质；

所述固体量与分散介质质量比为(0.2-0.6)：(0.4-0.8)；

所述固体量包括锂源、钛源以及碳纳米管；

所述锂源、钛源以及碳纳米管与分散剂质量比为1：(2-2.6)：(0.005-0.04)：(0.005-0.04)。

优选地，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种。

优选地，所述钛源为金红石以及锐钛矿中的至少一种。

优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管以及多壁碳纳米管中的至少一种。

优选地，所述分散剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素纳、十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯基醚中的一种或多种。

优选地，所述分散剂为烷基酚聚氧乙烯基醚。

优选地，所述分散介质为水。

一种钛酸锂负极材料的制备方法，方法包括：

将锂源、钛源、碳纳米管、分散剂、分散介质加入球磨机进行球磨混合，球磨转速为3000-10000r/min，球磨3-8h，球磨后的浆料颗粒平均粒径D50小于0.5um；

将浆料进行喷雾干燥，雾化器温度为180-260℃，浆料流速为0.01-0.1L/min，得到颗粒粒径为5-30um的前驱体；

将前驱体置于马弗炉内惰性环境烧结，采用阶梯式升温，25-600℃范围内升温速率为8-12℃/min，600℃-850℃范围内升温速率2-4℃/min，保温3-24h，过筛，得到灰白色钛酸锂负极材料。