一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法技术

技术编号:18447787 阅读:55 留言:0更新日期:2018-07-14 11:32
本发明专利技术提供一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法,钛酸锂电池材料包括钛酸锂一次粒子,一次粒子表面包覆有第一包覆层,一次粒子聚集形成二次粒子,二次粒子表面包覆有第二包覆层,第一包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,第二包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,一次粒子的粒径为100‑500nm,二次粒子的粒径为5‑20μm。该钛酸锂电池材料同时具有高电子导电率和高离子导电率,制得的全电池容量发挥高,倍率充放电性能良好,高温循环性能好,而且能解决材料的胀气问题。

【技术实现步骤摘要】
一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法
本专利技术属于锂离子电池材料
,尤其是涉及一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法。
技术介绍
与石墨负极材料相比,钛酸锂材料:1)安全性能好,因其本身嵌锂电位较高,充放电过程中不会析出锂枝晶刺穿隔膜,避免引起电池短路;2)充放电过程中体积几乎无变化,是一种“零应变”材料,循环性能好;3)锂离子化学扩散系数高,具有三维锂离子通道,适合快速充放电;4)低温性能好。但是,钛酸锂材料有两个缺点:1.电子导电性差;2.由于钛酸锂负极材料中的结晶水以及电解液中存在的痕量水较难除去,在成品电池的化成以及循环过程中,痕量水造成电解液分解并产生气体,造成胀气现象,导致电芯鼓包,极大降低钛酸锂电池的寿命。现有技术中,对钛酸锂材料的改性主要是离子掺杂和材料表面包覆,对于离子掺杂,由于高温固相掺杂容易导致颗粒团聚,使得材料与电解液接触不充分,离子传输困难,大电流放电效果差;而材料表面包覆效果较好,方法简单,成为常用的改性方法。现有技术中的方法包覆后电子导电性提高了,但是又常会使材料的离子导电率下降,且有的方法包覆不完整,无法有效的避免钛酸锂与电解液的接触,防止电池胀气的发生,使电池的寿命不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种双重包覆的钛酸锂电池材料及制备方法,同时具有高的电子导电率和高的离子导电率,电池充放电性能好,并且可有效防止产气,提高电池使用寿命。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:一种双重包覆的钛酸锂电池材料,包括钛酸锂一次粒子,一次粒子表面包覆有第一包覆层,一次粒子聚集形成二次粒子,二次粒子表面包覆有第二包覆层,第一包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,第二包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,一次粒子的粒径为100-500nm,二次粒子的粒径为5-20μm。技术方案中,优选的,第一包覆层中的碳元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%,第一包覆层中的铝元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%。技术方案中,优选的,第二包覆层中的碳元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%,第二包覆层中的铝元素质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%。本专利技术的另一目的是提供一种双重包覆的钛酸锂电池材料的制备方法,包括:第一步、将锂源、钛源、第一添加剂、第二添加剂与水混合1-24小时,然后干燥、于500-1200℃焙烧1-15小时得到一次物料,第一添加剂为石墨烯和石墨烯前驱体中的一种或多种的组合,第二添加剂为偏铝酸锂和偏铝酸锂前驱体中的一种或多种的组合,原料中固体质量百分比为10%-50%,焙烧温度优选为700-900℃;第二步、将一次物料、第三添加剂、第四添加剂与水混合1-24小时,然后干燥、于500-1200℃焙烧1-15小时得到双重包覆的钛酸锂电池材料,第三添加剂为石墨烯和石墨烯前驱体中的一种或多种的组合,第四添加剂为偏铝酸锂和偏铝酸锂前驱体中的一种或多种的组合,原料中固体质量百分比为10%-50%,焙烧温度优选为700-900℃。技术方案中,优选的,第一步中锂源与钛源摩尔比为锂:钛为0.75-1.0,优选为0.8-0.9,第一添加剂中碳元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%,第二添加剂中铝元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%。技术方案中,优选的,第二步中第三添加剂中碳元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%,第四添加剂中铝元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%。技术方案中,优选的,第一添加剂中的石墨烯和第三添加剂中的石墨烯分别独立的选自单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯和氧化石墨烯中的一种或多种的组合。技术方案中,优选的,第一添加剂中的石墨烯前驱体和第三添加剂中的石墨烯前驱体分别独立的选自葡萄糖、蔗糖、淀粉、酚醛树脂、聚乙烯醇、环氧树脂、果糖和柠檬酸中的一种或多种的组合,优选的,为蔗糖。技术方案中,优选的,锂源为碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂、醋酸锂、草酸锂和硝酸锂中的一种或多种的组合,优选的,锂源为碳酸锂和氢氧化锂中的一种或两种的组合。技术方案中,优选的,钛源为二氧化钛、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、四氯化钛和偏钛酸中的一种或多种的组合,优选的,钛源为二氧化钛。本专利技术具有的优点和积极效果是:1.本专利技术的钛酸锂材料颗粒外包覆有石墨烯和偏铝酸锂,由于石墨烯具有高电子导电率,而偏铝酸锂具有高离子导电率,因此,包覆后的钛酸锂电池材料的电子电导率和离子电导率同时得到提高;2.通过一次颗粒包覆抑制一次颗粒过度长大,使颗粒纳米化,有利于锂离子的快速嵌入和脱出,有利于提高电池的倍率充放电性能;3.通过二次包覆,使包覆层更加完整,更好地切断钛酸锂与电解液的直接接触,避免产气,提高电池的循环性能。附图说明图1是本专利技术实施例的双重包覆的钛酸锂电池材料的结构示意图。图2是五个实施例中的电池常温1C循环1000周之后体积膨胀率对比图。图3是五个实施例中的电池55℃2C电池循环容量保持率图。图4是五个实施例中的电池的倍率充电性能图。图5是实施例四、五中钛酸锂材料的拉曼光谱图。图中:1、一次粒子2、包覆层3、二次粒子4、包覆层具体实施方式与石墨烯材料相比,钛酸锂材料具有安全性能好、循环稳定性强的优点,但是,钛酸锂材料仍存在电子导电性差和易产生胀气,导致电芯鼓包,使电池寿命降低的问题,如图2、3、4中6#样品的数据即为钛酸锂材料的循环1000周后体积膨胀率、循环容量保持率和倍率充电性能值。为解决上述问题,现有技术常采用离子掺杂和材料表面包覆的方法对钛酸锂材料进行改性,但离子掺杂易导致颗粒团聚,使得材料与电解液接触不充分,离子传输困难,大电流放电效果差;而材料表面包覆的效果相比较好,方法简单,但现有技术中的方法包覆后材料的电子导电性提高了,但是又常会使材料的离子导电率下降,且有的方法包覆不完整,无法有效的避免钛酸锂与电解液的接触,防止电池胀气的发生,使电池的寿命不高。为解决这一技术问题,本专利技术提供一种双重包覆的钛酸锂电池材料,包括钛酸锂一次粒子1,一次粒子1表面包覆有包覆层2,一次粒子1聚集形成二次粒子3,二次粒子3表面包覆有包覆层4,包覆层2含有石墨烯和偏铝酸锂,包覆层3含有石墨烯和偏铝酸锂,一次粒子1的粒径为100-500nm,二次粒子的粒径为5-20μm。由于石墨烯具有高电子导电率,而偏铝酸锂具有高离子导电率,所以,使包覆后得到的钛酸锂电池材料的电子电导率和离子电导率同时得到提高;另一方面,由于该双重包覆的钛酸锂电池材料的一次粒子外包覆有包覆层,可有效的抑制一次粒子颗粒的过度长大,使得到的颗粒纳米化,有利于锂离子的快速嵌入和脱出,电池的倍率充放电性能提高;再一方面,一次粒子和二次粒子均包覆有包覆层,包覆层更加完整,更好地切断钛酸锂与电解液的直接接触,避免产气,提高电池的循环性能。技术方案中,优选的,包覆量为包覆层2中的碳元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%,包覆层2中的铝元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%。技术方案中,优选的,包覆量为包覆层4中的碳元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%,包覆层4中的铝元素的质量占钛酸锂电池材料的0.05-5%。本专利技术还提供了一种双重包覆的钛酸锂电池材料的制备方法,包括:第一步、将锂源、钛源、第一添加剂、第二添加剂与水混合1-24小时,然后干燥、于500-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双重包覆的钛酸锂电池材料,其特征在于:包括钛酸锂一次粒子,所述一次粒子表面包覆有第一包覆层,所述一次粒子聚集形成二次粒子,所述二次粒子表面包覆有第二包覆层,所述第一包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,所述第二包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,所述一次粒子的粒径为100‑500nm,所述二次粒子的粒径为5‑20μm。

【技术特征摘要】
1.一种双重包覆的钛酸锂电池材料,其特征在于:包括钛酸锂一次粒子,所述一次粒子表面包覆有第一包覆层,所述一次粒子聚集形成二次粒子,所述二次粒子表面包覆有第二包覆层,所述第一包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,所述第二包覆层含有石墨烯和偏铝酸锂,所述一次粒子的粒径为100-500nm,所述二次粒子的粒径为5-20μm。2.根据权利要求1所述的双重包覆的钛酸锂电池材料,其特征在于:所述第一包覆层中的碳元素质量占所述钛酸锂电池材料的0.05-5%,所述第一包覆层中的铝元素质量占所述钛酸锂电池材料的0.05-5%。3.根据权利要求1或2所述的双重包覆的钛酸锂电池材料,其特征在于:所述第二包覆层中的碳元素质量占所述钛酸锂电池材料的0.05-5%,所述第二包覆层中的铝元素质量占所述钛酸锂电池材料的0.05-5%。4.一种双重包覆的钛酸锂电池材料的制备方法,其特征在于:包括:第一步、将锂源、钛源、第一添加剂、第二添加剂与水混合1-24小时,然后干燥、于500-1200℃焙烧1-15小时得到一次物料,所述第一添加剂为石墨烯和石墨烯前驱体中的一种或多种的组合,所述第二添加剂为偏铝酸锂和偏铝酸锂前驱体中的一种或多种的组合,原料中固体质量百分比为10%-50%,焙烧温度优选为700-900℃;第二步、将一次物料、第三添加剂、第四添加剂与水混合1-24小时,然后干燥、于500-1200℃焙烧1-15小时得到双重包覆的钛酸锂电池材料,所述第三添加剂为石墨烯和石墨烯前驱体中的一种或多种的组合,所述第四添加剂为偏铝酸锂和偏铝酸锂前驱体中的一种或多种的组合,原料中固体质量百分比为10%-50%,焙烧温度优选...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈永胜任潘利崔维国王茂范李爱红
申请(专利权)人:天津普兰能源科技有限公司天津普兰纳米科技有限公司
类型:发明
国别省市:天津,12

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