[發明專利]一種鈦酸鋰負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710393312.7
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107275598B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 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;B82Y30/00
• 代理公司: 11394 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 陳益思

1.一種鈦酸鋰負極材料，其特征在于，所述鈦酸鋰負極材料包括核結構和殼結構，所述核結構具有由納米一次顆粒均勻分散于導電劑后緊密堆積而成的二次顆粒結構，所述納米一次顆粒包括納米鈦酸鋰顆粒；并且所述納米鈦酸鋰顆粒之間、所述導電劑之間以及所述納米鈦酸鋰顆粒與所述導電劑之間均分布有導電網絡，且所述導電網絡與所述納米鈦酸鋰顆粒及所述導電劑緊密連接；

其制備方法主要包括如下步驟：

步驟1，捏合：將至少含有納米一次顆粒和聚合物單體的組分混合后捏合，使得聚合物單體均勻的分散于納米一次顆粒表面，得到前驅體漿料；

步驟2，聚合反應：向步驟1的產物中加入引發劑，促使聚合物單體發生聚合反應，生成的聚合物網絡結構包覆于納米一次顆粒的表面；

步驟3，造球：選擇聚合反應發生到一定程度的步驟2得到的產物，進行造球，得到二次顆粒；

步驟4，鈦酸鋰負極制備：將步驟3得到的產物進行包覆、碳化，即得到成品鈦酸鋰負極材料；

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、二乙烯基苯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、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三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、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3所述聚合反應發生到一定程度是指聚合反應進行了10％～90％。

2.一種權利要求1所述的鈦酸鋰負極材料，其特征在于，所述導電網絡由高分子材料碳化得到；所述高分子材料在碳化之前，均勻的分布于所述納米鈦酸鋰顆粒及所述導電劑之間，并將所述納米鈦酸鋰顆粒與所述導電劑緊密粘接在一起；所述導電劑、所述導電網絡分別占所述核結構質量比例的x％、y％,0.02≤x≤10,0.1≤y≤5。

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，所述納米鈦酸鋰顆粒的直徑為d，d≤2μm；所述導電劑包括導電炭黑、超級導電碳、科琴黑、單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨烯、乙炔黑、高分子材料碳化得到的導電網絡中的至少一種；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、納米硅基材料、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2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；步驟1中捏合反應時還加入有高分子聚合物、碳源組分、導電劑組分和溶劑組分中的至少一種。

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、聚合物單體、溶劑1捏合，得到混合物1；將導電劑、表面活性劑、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，捏合反應后先進行造球，再進行聚合反應，最后再進行鈦酸鋰負極制備，即：

步驟2，造球：使用步驟1得到的前驅體漿料，進行造球，得到二次顆粒；

步驟3，聚合反應：將步驟2得到的二次顆粒置于引發劑存在的環境中，促使聚合物單體發生聚合反應，生成的聚合物網絡結構包覆于納米一次顆粒表面。