[發明專利]鈦酸鋰復合材料及其制備方法、電池極片和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202011312296.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112397680A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 杜孟衣;雷磊;趙曉磊;牛江浩;成信剛
• 申請（專利權）人: 北方奧鈦納米技術有限公司;銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/131;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;C01G23/00;C01B32/168;C01B32/194
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張美月

本發明提供了一種鈦酸鋰復合材料及其制備方法、電池極片和鋰離子電池。該鈦酸鋰復合材料的制備方法包括：將鈦源、鋰源和第一導電劑依次進行混合及造粒，獲得第一原料和第二原料，第一原料的粒徑D50為9～15μm，第二原料的粒徑D50為3～7μm；在惰性氣氛下，使第一原料和第二原料分別進行無氧燒結，得到第一燒結產物和第二燒結產物，鈦酸鋰復合材料為第一燒結產物和第二燒結產物的混合物。采用上述方法制得的鈦酸鋰復合材料具有較高的壓實密度，制得的電池也具有較高的能量密度和倍率性能。

技術領域

本發明涉及鈦酸鋰電池制備領域，具體而言，涉及一種鈦酸鋰復合材料及其制備方法、電池極片和鋰離子電池。

背景技術

鈦酸鋰電池安全性能好，循環壽命長，具有穩定的充放電平臺，且具有極好的耐高溫和低溫性能。同時其在高溫低溫的惡劣環境中仍舊能正常工作，并可進行大倍率充放電。鈦酸鋰電池的不足為材料本身能量密度較低和成本高。鈦酸鋰的能量密度短板為鈦酸鋰電池技術發展的一個主要因素。

本領域通常從以下幾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質量能量密度；

(2)材料的壓實密度，提高材料的壓實密度可提升材料的體積能量密度。

目前市場上的鈦酸鋰有球形形貌和無規則形貌，球形形貌鈦酸鋰其壓實密度偏低，在1.9～2.0g/cm³之間。壓實密度較低，限制了材料能量密度的提升；無規則形貌鈦酸鋰其加工性能較差，在電池攪漿工序不易攪拌均勻。

鑒于上述問題的存在，有必要提供一種能夠滿足壓實密度高和加工性能好的鈦酸鋰的制備方法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鈦酸鋰復合材料及其制備方法、電池極片和鋰離子電池，以解決現有的球形形貌鈦酸鋰的壓實密度偏低導致材料能量密度的問題。

為了實現上述目的，本發明一方面提供了一種鈦酸鋰復合材料的制備方法，該鈦酸鋰復合材料的制備方法包括：將鈦源、鋰源和第一導電劑依次進行混合及造粒，獲得第一原料和第二原料，第一原料的粒徑D50為9～15μm，第二原料的粒徑D50為3～7μm；在惰性氣氛下，使第一原料和第二原料分別進行無氧燒結，得到第一燒結產物和第二燒結產物，鈦酸鋰復合材料為第一燒結產物和第二燒結產物的混合物。

進一步地，在進行混合過程之前，鈦酸鋰復合材料的制備方法還包括將鈦源和鋰源進行濕法研磨；優選地，濕法研磨過程的研磨固含量為10～30％，有效功率為0.99～1kw，研磨電量為2～10kwh/kg，研磨后粒徑D₅₀為0.05～0.3μm。

進一步地，鈦源選自二氧化鈦和/或偏鈦酸，鋰源選自氫氧化鋰和/或碳酸鋰；第一導電劑選自碳納米管、碳纖維、石墨烯、炭黑組成的組中的一種或多種；優選地，鈦源與鋰源中鋰鈦的摩爾比為1:1.2～1:1.25；優選地，第一導電劑的重量占鈦源和鋰源的總重量的1～5wt％。

進一步地，造粒過程包括：將部分混合物在第一噴霧干燥裝置中進行第一噴霧干燥，得到第一原料，其中第一噴霧干燥裝置的進口溫度為250～320℃，出口溫度為100～120℃，進氣量為4～6m³/h；將剩余的混合物在第二噴霧干燥裝置中進行第二噴霧干燥，得到第二原料，其中第一噴霧干燥裝置的進口溫度為250～320℃，出口溫度為100～120℃，進氣量為7～10m³/h。

進一步地，無氧燒結過程的溫度為650～900℃，燒結時間為2～8h。

本申請的另一方面還提供了一種鈦酸鋰復合材料，鈦酸鋰復合材料采用本申請提供的制備方法制得，鈦酸鋰復合材料的組成以Li₄Ti₅O₁₂/C式表示。