[发明专利]钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于储能研究领域，特别涉及一种钛酸锂负极材料，包括核结构和壳结构，所述核结构为二次颗粒结构，且其中包括具有多孔结构的主导电网络以及填充于所述多孔主导电网络孔结构中的纳米一次颗粒；所述主导网络结构之间存在较强的化学键和力作用；所述化学键将所述纳米一次颗粒紧密的锁定于所述主导电网络的孔结构中。从而确保该钛酸锂负极材料具有优良的电化学性能。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，特别涉及一种钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其快速充放电、低温性能好、比能量大、自放电率小、体积小、重量轻等优势，自其诞生以来，便给储能领域带来了革命性的变化，被广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中。然而随着人们生活水平的提高，更高的用户体验对锂离子电池提出了更高的要求：更加快速的充放电(比如5C甚至10C)、更广阔的温度范围(比如零下三十摄氏度)内使用等；为了解决上述问题必须寻找新的性能更加优异的电极材料。

目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，但因其充放电速度慢(一般充放电速度在1C以内)，且低温性能较差(使用温度一般在-10℃以上)，已不能满足用户的迫切需求；因此，更高充放电速度、更宽温度范围内使用的负极材料的开发迫在眉睫。作为锂离子电池负极材料，钛酸锂一直备受关注：其充放电速度可以在10C以上，且-30℃时仍然能够发挥出较为理想的容量，因此是新一代快充负极材料的最优选择之一。

但是由于钛酸锂材料颗粒本身导电性能差、组装成电池后电池的内阻较大，且在充放电过程中，容易产生气体从而影响电池的使用，限制了其更广泛的应用。为了解决上述问题，现有技术主要有钛酸锂颗粒纳米化、向钛酸锂材料颗粒中加入具有优良导电性能的导电材料等等，以提高钛酸锂材料整体颗粒的导电性能；同时采用包覆技术，减少材料制备成电池后再使用过程中产气问题。

然而纳米结构的钛酸锂颗粒极易团聚，分散难度大；而常用的导电剂材料，通常尺寸均较小(纳米级)，且比表面积较大，分散难度更大。但时，要最大化导电剂的导电效果以及制备性能更加优良的钛酸锂二次颗粒材料，必须确保纳米钛酸锂颗粒与导电剂均匀分散。同时，纳米结构钛酸锂材料与导电剂之间的接触面积较小、缝隙较大，因此接触电阻相对较大、容易与电解液接触产生气体，制备出来的电池内阻较高、使用过程中产气量更大，从而影响钛酸锂负极材料的电化学性能。

有鉴于此，确有必要提出一种钛酸锂负极材料及其制备方法，其能够将两种分散难度均较大的材料(纳米钛酸锂颗粒、导电网络)均匀分散，同时确保两者之间紧密连接在一起，从而制备得到性能优良的钛酸锂负极材料。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种钛酸锂负极材料，包括核结构和壳结构，所述核结构为二次颗粒结构，且其中包括具有多孔结构的主导电网络以及填充于所述多孔主导电网络孔结构中的纳米一次颗粒；所述主导网络结构之间存在较强的化学键和力作用；所述化学键将所述纳米一次颗粒紧密的锁定于所述主导电网络的孔结构中。从而确保该钛酸锂负极材料具有优良的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛酸锂负极材料，包括核结构和壳结构，所述核结构为二次颗粒结构，且其中包括具有多孔结构的主导电网络以及填充于所述多孔主导电网络孔结构中的纳米一次颗粒；所述主导网络结构之间存在较强的化学键和力作用；所述化学键将所述纳米一次颗粒紧密的锁定于所述主导电网络的孔结构中，所述纳米一次颗粒中含有钛酸锂颗粒。壳结构是指负极材料通用的包覆层，主要为沥青等材料包覆、碳化得到，因此本发明不做详细阐述。

作为本发明钛酸锂负极材料的一种改进，提供所述强键合力的键类别为氢键或/和化学键；构成所述氢键或/和化学键的含氧官能团质量占整个主导电网络结构质量的1％～40％。

作为本发明钛酸锂负极材料的一种改进，所述主导电网络具有柔韧性，主导电网络内部含有官能团；所述氢键或/和化学键由所述主导电网络内部含氧官能团反应而得到。