[发明专利]一种钛酸锂负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种钛酸锂负极材料，其特征在于，所述钛酸锂负极材料包括核结构和壳结构，所述核结构具有由纳米一次颗粒均匀分散于导电剂后紧密堆积而成的二次颗粒结构，所述纳米一次颗粒包括纳米钛酸锂颗粒；并且所述纳米钛酸锂颗粒之间、所述导电剂之间以及所述纳米钛酸锂颗粒与所述导电剂之间均分布有导电网络，且所述导电网络与所述纳米钛酸锂颗粒及所述导电剂紧密连接；

其制备方法主要包括如下步骤：

步骤1，捏合：将至少含有纳米一次颗粒和聚合物单体的组分混合后捏合，使得聚合物单体均匀的分散于纳米一次颗粒表面，得到前驱体浆料；

步骤2，聚合反应：向步骤1的产物中加入引发剂，促使聚合物单体发生聚合反应，生成的聚合物网络结构包覆于纳米一次颗粒的表面；

步骤3，造球：选择聚合反应发生到一定程度的步骤2得到的产物，进行造球，得到二次颗粒；

步骤4，钛酸锂负极制备：将步骤3得到的产物进行包覆、碳化，即得到成品钛酸锂负极材料；

步骤1所述聚合物单体包括甲基丙烯酸酯类、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、二乙烯基苯、三羟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-丙烯酰吗啉、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、正丙烯酸己酯、2-丙烯酸环己酯、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、二缩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、双-三羟基丙烷四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一种；

步骤3所述聚合反应发生到一定程度是指聚合反应进行了10％～90％。

2.一种权利要求1所述的钛酸锂负极材料，其特征在于，所述导电网络由高分子材料碳化得到；所述高分子材料在碳化之前，均匀的分布于所述纳米钛酸锂颗粒及所述导电剂之间，并将所述纳米钛酸锂颗粒与所述导电剂紧密粘接在一起；所述导电剂、所述导电网络分别占所述核结构质量比例的x％、y％,0.02≤x≤10,0.1≤y≤5。

3.一种权利要求2所述的钛酸锂负极材料，其特征在于，所述高分子材料由高分子单体原位聚合而得到。

4.一种权利要求1所述的钛酸锂负极材料，其特征在于，所述纳米钛酸锂颗粒的直径为d，d≤2μm；所述导电剂包括导电炭黑、超级导电碳、科琴黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、乙炔黑、高分子材料碳化得到的导电网络中的至少一种；所述一次颗粒还包括非纳米钛酸锂负极颗粒；所述非纳米钛酸锂负极颗粒为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、石油焦、碳纤维、纳米硅基材料、锡基负极材料、过渡金属氮化物、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金中的至少一种。

5.一种权利要求1所述的钛酸锂负极材料，其特征在于：步骤2所述引发剂包括异丙苯过氧化氢、特丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二特丁基、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸特丁酯、过氧化特戊酸特丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯中的至少一种。

6.一种权利要求1所述的钛酸锂负极材料，其特征在于，步骤1所述纳米一次颗粒中包含纳米钛酸锂颗粒；所述纳米一次颗粒中还包括非纳米钛酸锂负极颗粒；步骤1中捏合反应时还加入有高分子聚合物、碳源组分、导电剂组分和溶剂组分中的至少一种。

7.一种权利要求1所述的钛酸锂负极材料，其特征在于，步骤1所述捏合过程为：将纳米一次颗粒、聚合物单体、溶剂1捏合，得到混合物1；将导电剂、表面活性剂、溶剂2捏合，得到混合物2；再将混合物1与混合物2共混，分散均匀得到前驱体浆料。

8.一种权利要求1所述的钛酸锂负极材料，其特征在于，捏合反应后先进行造球，再进行聚合反应，最后再进行钛酸锂负极制备，即：

步骤2，造球：使用步骤1得到的前驱体浆料，进行造球，得到二次颗粒；

步骤3，聚合反应：将步骤2得到的二次颗粒置于引发剂存在的环境中，促使聚合物单体发生聚合反应，生成的聚合物网络结构包覆于纳米一次颗粒表面。