[发明专利]改性钛酸锂负极材料、制备方法及钛酸锂电池

说明书

一种改性钛酸锂负极材料、制备方法及钛酸锂电池，所述改性钛酸锂负极材料为颗粒体结构，该颗粒体的外层为石墨烯复合Al(OH)₃二次包覆层，石墨烯复合Al(OH)₃二次包覆层包覆二次钛酸锂颗粒，二次钛酸锂颗粒由多个一次钛酸锂颗粒团聚而成，各一次钛酸锂颗粒的外层为石墨烯一次包覆层，石墨烯复合Al(OH)₃二次包覆层中的Al(OH)₃颗粒呈孤岛状分布。所述改性钛酸锂负极材料可以改善二次颗粒表面的导电性，明显改善电池高温性能，同时改善了纳米颗粒加工性能差的特点。以改性钛酸锂负极材料制备的的钛酸锂电池可以实现40C以上倍率持续充电，50C以上优秀的持续倍率放电，满足在混合动力车上的应用要求。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池技术，特别是由石墨烯二次包覆的改性钛酸锂负极材料、该负极材料的制备方法及采用该负极材料的钛酸锂电池，属电池技术领域。

背景技术

目前，全球汽车工业正面临着能源环境问题的巨大挑战。发展新能源汽车，实现汽车动力系统新能源化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成广泛共识。新能源汽车包括混合动力车HEV(48V系统)、插电式混合动力车PHEV和纯电动EV汽车。相比之下混合动力汽车作为一种更经济、可行的减排方案，正在加快推广的步伐。混动车型能够减少二氧化碳排放70％-80％，节油率达到25％-55％。作为最具产业化条件的节能新能源汽车，混合动力车是降低PM2.5最现实的途径之一。因此48V轻混系统就成为众多企业目前最现实的选择。

锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型绿色高能可充电电池，具有良好的电压平台，优秀的循环稳定性和热稳定性，价格低廉等优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式电动工具、电子仪表和电动汽车等方面。混合动力汽车因涉及在使用过程中电池需要大功率充放电，常规的锂离子电池在大功率充电，尤其是低温下大倍率充电方面很难达到要求。因此以钛酸锂为负极的新型锂离子电池成为较为理想的选择。钛酸锂材料相较于石墨负极具有高离子扩散系数，25℃时锂离子在钛酸锂中的扩散系数为2*10^-8cm/s，比石墨高出一个等级，因此锂离子在钛酸锂材料较易嵌入和脱嵌。但是钛酸锂材料的电子电导率很低，严重影响了钛酸锂材料的大电流充放电。目前市面上的钛酸锂材料普遍采用包覆和离子掺杂等方法改善电子导电率，这种常规钛酸锂材料在常规倍率电流充放电使用时能够满足要求。但是在超高倍率电流下(50C电流以上)，电池需要采用更高性能的正负极材料。石墨烯作为最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料在材料复合改性中得到了广泛的研究。公开号为CN103151505A的专利通过石墨烯/碳纳米管复合材料有效改善了钛酸锂负极材料电子导电性和倍率性能，掺杂元素的引入有效提高了钛酸锂负极材料的电化学性能和循环稳定性。公开号为CN104852033B的专利采用钛酸四丁酯、氢氧化锂、糖、离子液体为原料，通过一步水热合成构筑了钛酸锂与点、面碳材料的三维复合，有效改善了钛酸锂负极材料的倍率性能。以上方法都是在钛酸锂前驱体中加入石墨烯材料，并通过煅烧制得石墨烯复合的钛酸锂材料。但此方法存在制备方法工艺较为复杂，成本较高，且难以产业化的缺点。另外为了改善钛酸锂材料的导电性能，也有在电池合浆过程中与钛酸锂材料同时加入石墨烯的方法，此类方法石墨烯只能包覆在钛酸锂颗粒最外层表面，且钛酸锂材料和石墨烯颗粒的大小会影响最终的性能。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种改性钛酸锂负极材料、制备方法及钛酸锂电池。采用所述改性钛酸锂负极材料制备的钛酸锂电池具有高倍率充放电、高安全、长寿命的特性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：