[發明專利]鈦酸鋰負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710391350.9
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107316992B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 毛方會;楊玉潔
• 申請（專利權）人: 廣東燭光新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 陳益思

1.一種鈦酸鋰負極材料，包括核結構和殼結構，其特征在于，所述核結構為二次顆粒結構，且其中包括具有多孔結構的主導電網絡以及填充于所述主導電網絡的孔結構中的納米鈦酸鋰一次顆粒；所述主導電網絡與所述納米鈦酸鋰一次顆粒之間分布有輔導電網絡，所述輔導電網絡將所述主導電網絡與所述納米鈦酸鋰一次顆粒緊密連接在一起；其制備方法主要包括如下步驟：

步驟1，前驅體制備：將一次顆粒、聚合物單體混合后捏合，得到聚合物單體均勻的分散于納米一次顆粒表面的前驅體；

步驟2，主導電網絡結構制備：制備得到具有多孔結構的主導電網絡結構待用；

步驟3，填充：將步驟1制得的前驅體填充進入主導電網絡結構中；

步驟4，聚合反應：將步驟3的產物，置于引發劑存在的環境中，促使分散于一次顆粒表面的高分子單體聚合，得到高分子聚合物；

步驟5，將步驟4的產物進行包覆、碳化即得到成品鈦酸鋰負極材料。

2.一種權利要求1所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，所述主導電網絡為多孔無定型碳網絡結構、多孔硬碳網絡結構、開口石墨烯結構、開口膨脹石墨結構、蠕蟲狀石墨烯結構中的至少一種；所述輔導電網絡由高分子材料碳化得到，所述輔導電網絡質量為所述鈦酸鋰一次顆粒質量的0.5％～10％。

3.一種權利要求2所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，所述高分子材料由高分子單體原位聚合而得到。

4.一種權利要求1所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，所述輔導電網絡中，還包括導電炭黑、超級導電碳、碳納米管、石墨烯中的至少一種；所述一次顆粒還包括非納米鈦酸鋰負極顆粒；所述非納米鈦酸鋰負極顆粒為天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、軟碳、硬碳、石油焦、碳纖維、硅基負極材料、錫基負極材料、過渡金屬氮化物、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金中的至少一種。

5.一種權利要求1所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，步驟1所述聚合物單體包括甲基丙烯酸酯類、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰嗎啉、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、正丙烯酸己酯、2-丙烯酸環己酯、丙烯酸十二酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、新戊二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇丙烯酸酯、雙-三羥基丙烷四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一種；步驟4所述引發劑包括異丙苯過氧化氫、特丁基過氧化氫、過氧化二異丙苯、過氧化二特丁基、過氧化二苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化苯甲酸特丁酯、過氧化特戊酸特丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環己酯中的至少一種。

6.一種權利要求1所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，步驟1所述納米一次顆粒中包含有納米鈦酸鋰顆粒；所述納米一次顆粒中還包括非納米鈦酸鋰負極顆粒；捏合反應時還加入高分子聚合物、碳源組分、導電劑組分、溶劑組分。

7.一種權利要求1所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，步驟1所述捏合過程為：將納米一次顆粒、表面活性劑1、聚合物單體、溶劑1捏合，得到混合物1；將導電劑組分、表面活性劑2、溶劑2捏合，得到混合物2；再將混合物1與混合物2共混，分散均勻得到前驅體漿料。

8.一種權利要求1所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，步驟3所述的填充過程為：

對主導電網絡結構材料做預處理，所述預處理包括表面活化或/和添加表面活性劑；

填充之前，將主導電網絡結構材料置于真空環境中抽真空，排出孔結構中的空氣，為前驅體的填充騰出空間，之后置于前驅體漿料中開始填充；

填充過程中，施加壓強，將前驅體擠壓進入孔洞中；提高溫度，降低前驅體的粘度；增加機械擾動，打開孔洞口。