[发明专利]一种钛酸锂复合材料的制备方法及钛酸锂电池

说明书

本发明提供了一种钛酸锂复合材料的制备方法及钛酸锂电池，将钛酸锂与硬碳材料加入球磨罐中高速球磨混合，将机械球磨混合的材料放入微波真空炉中进行加热，自然冷却后取出，得到硬碳包覆的钛酸锂复合材料。本发明利用钛酸锂复合材料制备负极极片，之后制备钛酸锂电池，正极片面容量过量的情况下，负极片尺寸大于正极片，钛酸锂极片边缘Li⁺的扩散有利于提高整个体系的能量密度，正极材料采用镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂，其制备的钛酸锂软包全电池能量密度高达到140 Wh/Kg，且循环寿命高，平均使用寿命成本低，适用于大规模的风光储能系统。

技术领域

本发明涉及储能锂电池技术领域，具体涉及一种钛酸锂复合材料的制备方法及钛酸锂电池。

背景技术

近年来，锂电池广泛应用于风光储能系统，将风能、光能转化为优质可靠的绿色电能输入电网。在各种类型的锂电池储能技术中，钛酸锂电池具有循环寿命长、安全性能好等特点，很好的契合了电网储能的应用场景。钛酸锂作为锂离子电池负极材料具有诸多优点，首先，钛酸锂材料具有稳定的尖晶石结构，在嵌入和脱出锂离子时体积几乎没有发生变化，被称为“零应变”材料；其次，钛酸锂较高的嵌锂电位（1.55V vs. Li⁺/Li）使其在充电过程中不会发生锂枝晶的生成和析出，避免了刺穿隔膜发生短路，从而大大提高了电池的安全性。

但是钛酸锂材料导电性差、电池成本高、循环过程中易胀气和能量密度低却不利于规模化储能应用。为了改善钛酸锂电池的性能，研究者一般通过对钛酸锂材料进行掺杂、包覆和纳米化。采用元素掺杂技术对钛酸锂材料进行改性，降低其表面催化活性，抑制胀气副反应的发生，从而达到抑制电池胀气的目的；表面碳包覆来提高钛酸锂材料的导电性；钛酸锂纳米化可以扩大反应面积，减小扩散距离，提高倍率性能，但纳米化比较困难，难以实现大规模应用。

专利CN 102074681 A和CN 10924201 A都是将锂源、钛源、碳源混合，采用微波法合成钛酸锂复合材料，但在微波加热反应过程中碳源会影响到钛酸锂的合成。专利CN106532107 A扣式全电池制作简单的把钛酸锂与碳负极材料归为一类，采用负极片容量过量于正极片容量，负极片尺寸大于正极片尺寸违背了电池设计原则。钛酸锂结构稳定，且因嵌锂电位高不会析锂，因此一般钛酸锂全电池采用正极极片容量过量，正极片尺寸大于负极片尺寸，使正极片处于浅充浅放状态，有利于提高电池的使用寿命。

发明内容

本发明提出了一种钛酸锂复合材料的制备方法及钛酸锂电池，该制备方法简单，所制备的钛酸锂材料容量高、电导率高，钛酸锂厚极片内阻小、电压平台高。

实现本发明的技术方案是：

一种钛酸锂复合材料的制备方法，步骤如下：

将钛酸锂与硬碳材料加入球磨罐中高速球磨混合，将机械球磨混合的材料放入微波真空炉中进行加热，自然冷却后取出，得到硬碳包覆的钛酸锂复合材料。

所述钛酸锂D₅₀为5~10µm，硬碳材料颗粒D₅₀为7~12µm；以质量百分比计，钛酸锂占95~98%，硬碳占2~5%。

所述高速球磨速度为250~350 r/min，球磨3~6h；微波真空功率为1000W~2000W，加热时间为5min~15min，真空度-0.05~ -0.1MPa。

所述钛酸锂复合材料在负极极片中的应用。

所述负极极片采用钛酸锂浆料，经浆料涂布和极片辊压制成，钛酸锂浆料包括以下质量百分比的原料：钛酸锂复合材料94~98%、导电剂1~5%、粘结剂1~5%，采用湿法匀浆工艺，钛酸锂复合材料分两批加入，真空高速搅拌，浆料固含量45~60%，优选为50~55%；浆料粘度在8000~12000mPa.s，优选为8000~11000mPa.s。