[发明专利]钛酸锂复合材料及其制备方法、电池极片和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种钛酸锂复合材料及其制备方法、电池极片和锂离子电池。该钛酸锂复合材料的制备方法包括：将钛源、锂源和第一导电剂依次进行混合及造粒，获得第一原料和第二原料，第一原料的粒径D50为9～15μm，第二原料的粒径D50为3～7μm；在惰性气氛下，使第一原料和第二原料分别进行无氧烧结，得到第一烧结产物和第二烧结产物，钛酸锂复合材料为第一烧结产物和第二烧结产物的混合物。采用上述方法制得的钛酸锂复合材料具有较高的压实密度，制得的电池也具有较高的能量密度和倍率性能。

技术领域

本发明涉及钛酸锂电池制备领域，具体而言，涉及一种钛酸锂复合材料及其制备方法、电池极片和锂离子电池。

背景技术

钛酸锂电池安全性能好，循环寿命长，具有稳定的充放电平台，且具有极好的耐高温和低温性能。同时其在高温低温的恶劣环境中仍旧能正常工作，并可进行大倍率充放电。钛酸锂电池的不足为材料本身能量密度较低和成本高。钛酸锂的能量密度短板为钛酸锂电池技术发展的一个主要因素。

本领域通常从以下几方面提升材料的能量密度：

(1)材料本身的容量，提升容量可提高材料的质量能量密度；

(2)材料的压实密度，提高材料的压实密度可提升材料的体积能量密度。

目前市场上的钛酸锂有球形形貌和无规则形貌，球形形貌钛酸锂其压实密度偏低，在1.9～2.0g/cm³之间。压实密度较低，限制了材料能量密度的提升；无规则形貌钛酸锂其加工性能较差，在电池搅浆工序不易搅拌均匀。

鉴于上述问题的存在，有必要提供一种能够满足压实密度高和加工性能好的钛酸锂的制备方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钛酸锂复合材料及其制备方法、电池极片和锂离子电池，以解决现有的球形形貌钛酸锂的压实密度偏低导致材料能量密度的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种钛酸锂复合材料的制备方法，该钛酸锂复合材料的制备方法包括：将钛源、锂源和第一导电剂依次进行混合及造粒，获得第一原料和第二原料，第一原料的粒径D50为9～15μm，第二原料的粒径D50为3～7μm；在惰性气氛下，使第一原料和第二原料分别进行无氧烧结，得到第一烧结产物和第二烧结产物，钛酸锂复合材料为第一烧结产物和第二烧结产物的混合物。

进一步地，在进行混合过程之前，钛酸锂复合材料的制备方法还包括将钛源和锂源进行湿法研磨；优选地，湿法研磨过程的研磨固含量为10～30％，有效功率为0.99～1kw，研磨电量为2～10kwh/kg，研磨后粒径D₅₀为0.05～0.3μm。

进一步地，钛源选自二氧化钛和/或偏钛酸，锂源选自氢氧化锂和/或碳酸锂；第一导电剂选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯、炭黑组成的组中的一种或多种；优选地，钛源与锂源中锂钛的摩尔比为1:1.2～1:1.25；优选地，第一导电剂的重量占钛源和锂源的总重量的1～5wt％。

进一步地，造粒过程包括：将部分混合物在第一喷雾干燥装置中进行第一喷雾干燥，得到第一原料，其中第一喷雾干燥装置的进口温度为250～320℃，出口温度为100～120℃，进气量为4～6m³/h；将剩余的混合物在第二喷雾干燥装置中进行第二喷雾干燥，得到第二原料，其中第一喷雾干燥装置的进口温度为250～320℃，出口温度为100～120℃，进气量为7～10m³/h。

进一步地，无氧烧结过程的温度为650～900℃，烧结时间为2～8h。

本申请的另一方面还提供了一种钛酸锂复合材料，钛酸锂复合材料采用本申请提供的制备方法制得，钛酸锂复合材料的组成以Li₄Ti₅O₁₂/C式表示。