[發明專利]具有寬溫區優越性能的鋰離子電池負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110991107.7
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113745479A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 陳陽;崔曉莉;趙雪其
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于電化學材料技術領域，具體為一種具有寬溫區優越性能的鋰離子電池負極材料及其制備方法。本發明方法包括：稱取特定量的石墨單炔和商用鈦酸鋰粉末，加入適量無水乙醇，密封后置于行星式球磨機中，控制機械球磨合適的球磨條件；球磨產物經過充分干燥得到改性的鋰離子電池鈦酸鋰負極材料??鈦酸鋰/石墨單炔復合材料；相比于原來的純鈦酸鋰材料，該復合材料顯著提高了寬溫度區間儲鋰比容量、倍率性能和循環穩定性；在?20℃條件下，鈦酸鋰/石墨單炔復合電極在1C倍率下的可逆比容量為102 mAh g^?1，比純鈦酸鋰電極提高了31%；在55℃條件下，1C倍率可逆比容量達到166 mAh g^?1，比純鈦酸鋰電極提高了17%。

技術領域

本發明屬于電化學材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

鈦酸鋰是一種商業化應用的鋰離子電池負極材料，具有循環壽命長和安全性高等優點。然而，鈦酸鋰自身導電率較低，高倍率條件下充放電性能較差，尤其限制了低溫應用環境下的實際功率密度；同時，鈦酸鋰工作電位較高，與電解液直接接觸導致其分解產生氣體，影響電池安全性，并且高溫條件會加速脹氣現象的發生。因而，提高鈦酸鋰電極材料的寬溫區性能對于促進其實際應用具有重要意義。

崔曉莉等人提出了制備石墨單炔的新方法（專利號：201711448442.2、201810943572.1）。石墨單炔二維碳材料具有良好的電子傳導和離子傳輸能力以及獨特的電容容量貢獻。本發明首次提出采用石墨單炔修飾鈦酸鋰電極材料提升其電化學性能，通過簡單的機械球磨方法直接制備鈦酸鋰/石墨單炔復合材料，并應用于寬溫區鋰離子電池。相比于純鈦酸鋰材料，鈦酸鋰/石墨單炔復合材料具有寬溫區間的更高的可逆比容量、倍率性能和循環穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在寬溫區范圍（-20~55℃）具有優越電化學性能的鋰離子電池負極材料及其制備方法。

本發明提供的具有寬溫區優越電化學性能的鋰離子電池負極材料，是一種鈦酸鋰/石墨單炔復合材料，由簡單的球磨法將石墨單炔和商用鈦酸鋰粉末混合而制備得到。

本發明提供的具有寬溫區優越電化學性能的鋰離子電池負極材料的制備方法，具體步驟為：

稱取石墨單炔和商用鈦酸鋰粉末，加入適量無水乙醇，密封后置于行星式球磨機中，程序控制機械球磨；球磨產物經過充分干燥，得到鋰離子電池鈦酸鋰負極材料--鈦酸鋰/石墨單炔復合材料。

將所述鈦酸鋰/石墨單炔復合材料作為鋰離子電池鈦酸鋰負極材料，制備得到鋰離子電池。

本發明中，石墨單炔和鈦酸鋰的質量比為1:50~1:10。

本發明中，無水乙醇的體積為球磨罐容積的2%~10%。

本發明中，球磨罐和球磨珠的材質為不銹鋼或氧化鋯，球料比為200:1~400:1，轉速為150~250轉/分鐘，球磨時間為6~12小時。

本發明中，干燥溫度為40~60℃。

本發明制備的鈦酸鋰/石墨單炔復合材料應用于鋰離子電池，具有優異的寬溫區（-20~55℃）電化學性能，即在寬溫區范圍（-20~55℃）具有高循環穩定性和高倍率性能。

與現有技術相比，本發明具有以下幾個顯著的特點：

（1）操作簡單、設備要求低，適合于工業化生產；

（2）產物鈦酸鋰/石墨單炔復合材料具有優異電化學性能。相比于純鈦酸鋰材料，該復合材料顯著提高了寬溫度區間儲鋰比容量、倍率性能和循環穩定性。在-20℃條件下，鈦酸鋰/石墨單炔復合電極在1C倍率下的可逆比容量為102 mAh g^-1，比純鈦酸鋰電極提高了31%；在55℃條件下，1C倍率可逆比容量達到166 mAh g^-1，比純鈦酸鋰電極提高了17%。