[發明專利]一種鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201611223384.9
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106783192A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 阮殿波;楊斌;劉秋香
• 申請（專利權）人: 寧波中車新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/06
• 分類號: H01G11/06;H01G11/50;H01G11/86;H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(普通合伙)33243
• 代理人: 洪珊珊

技術領域

本發明涉及材料領域，具體涉及一種鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料及其制備方法和應用

背景技術

鈦酸鋰(Li4Ti5O12,LTO)作為一種鋰離子電池用電極材料，與石墨等炭電極材料相比，具有更好的安全性、較高的可靠性和較長的循環壽命等優點，被認為是近年來鋰離子電容器與動力型鋰離子電池的一種非常理想的電極材料。但是，鈦酸鋰在室溫下的電導率僅為10-13S/cm，屬于典型的絕緣體，最終導致該產品在實際使用過程器件內部局部地區容易出現嚴重的極化現象，產生大量的熱量，最終對電極和器件的壽命性能產生不利影響。為此，鈦酸鋰材料導電性能的提升成為現階段學術界、產業界最為關注的方向。

現階段，提高鈦酸鋰導電性的方法主要有納米化、碳包覆、元素摻雜三種，通過上述幾種方式的改性從而提高鈦酸鋰材料的倍率性能，保持該材料高可逆電化學容量和良好循環穩定性的優勢。針對上述三種改性方式的文獻與專利報道較多，但多集中在難以批量化生產的水熱法、超高速機械分離分散法等，難以快速實現高倍率鈦酸鋰材料的批量生產。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種具有更高可逆電化學容量和良好循環穩定性的鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料及其制備方法。

本發明實現上述目的的技術方案為：

一種鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料，所述鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料包括：25～50份鋰源，50～75份鈦源，400～1000份氯化鋰。

進一步地，所述鋰源為碳酸鋰，所述鈦源為二氧化鈦。

一種鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料的制備方法，包括步驟：

(1)將鋰源、鈦源和氯化鋰粉態球磨得到混合物；

(2)將混合物升溫后保溫煅燒；

(3)將煅燒后的產物洗滌烘干得到鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料。

通過直接混合后，在升溫達到500℃左右后，氯化鋰將處于熔融狀態，熔融狀態下鋰源、鈦源能夠實現分子級均勻混合，最終實現鈦酸鋰/偏鈦酸鋰符合材料的均勻混合。該方法的使用不僅實現了上述兩種材料的均勻混合，而且也實現了納米級復合材料的制備。

進一步地，步驟(2)中升溫速率為2～10℃/min，升溫至750～900℃，煅燒3～12h。煅燒的溫度和時間的選擇則是為了確保鋰源、鈦源之間發生化學反應具有足夠的能量和反應時間。

一種使用上述鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料制備的電容器，包括外殼、電解液和電芯，所述電芯為依次疊片排列的負極極片、第一纖維素隔膜、正極極片和第二纖維素隔膜，所述負極極片的制備方法為：

(1)將如權利要求1所述的鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料、導電炭黑和偏聚氟乙烯真空混合得到固含量為40-55wt％的負極漿料；固含量為40-55wt％的負極漿料能確保漿料使用過程不發生沉降，有助于電容器制備。

(2)將負極漿料均勻涂覆在腐蝕鋁箔上，經干燥、碾壓、分切、沖切后得到負極極片。

進一步地，步驟(1)中所述鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料80～92份、導電炭黑2～5份和6～10份偏聚氟乙烯。

進一步地，所述正極極片的制備方法為：

(1)將活性炭材料、導電炭黑、羥甲基纖維素鈉分散劑和粘結劑經真空攪拌得到黏度為900-1500cps的正極漿料；黏度為900～1500cps能確保漿料使用過程不發生沉降，同時漿料具有良好的流動性，最終有助于電容器制備。

(2)將正極漿料均勻涂覆在腐蝕鋁箔上，經干燥、碾壓、分切、沖切后得到正極極片。

由于偏鈦酸鋰材料的出現使得鈦酸鋰材料的導電性能夠出現較大的提升。另一方面，偏鈦酸鋰作為一種常規的氫離子吸附劑，能夠有效的降低鈦酸鋰表面產氣量，從而有助于其在鋰離子電容器中的應用。

進一步地，負極極片的制備步驟(1)中所述鈦酸鋰/偏鈦酸鋰復合材料80～92份、導電炭黑2～5份和6～10份偏聚氟乙烯。正極極片的制備步驟(1)中活性炭材料為80-92質量份，導電炭黑為4～10質量份，羥甲基纖維素鈉分散劑為2～5質量份，粘結劑為3～5質量份。通過組分之間的配比電極材料能夠最大程度的發揮儲能作用，同時，所得單體具有更高的比能量和比功率。