本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦酸鋰/碳復合材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術(shù)：

隨著新能源汽車的不斷推廣，市場對于車用電池具有長使用壽命和快速充電能力的需求越來越高。相比燃油車，電動汽車有續(xù)航里程的限制，這就要求在長距離行駛時要進行充電。鋰離子電池由于其高度的安全性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，已經(jīng)廣泛應用于電動車領(lǐng)域。磷酸鐵鋰電池由于其高度的安全性和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，已經(jīng)廣泛應用于電動車領(lǐng)域，但現(xiàn)有的磷酸鐵鋰-石墨電池存在倍率性能不佳、無法大電流充電的缺點，完成一次充電的時間往往需要幾個小時，這遠遠超出了用戶的承受范圍，大大制約了電動汽車的推廣。因此選用循環(huán)穩(wěn)定性好、倍率性能高的電極材料來組裝電池就顯得十分重要。同時，在大倍率充放電時，由于石墨負極不能快速的完成嵌鋰/脫鋰，導致容量下降、溫升明顯，從而帶來了一定安全隱患。

鈦酸鋰是一種零應變、無記憶效應的層狀材料，作為電極材料它循環(huán)穩(wěn)定性好、倍率性能高，通過使用鈦酸鋰材料能夠在一定程度解決這些問題。但是，由于鈦酸鋰材料本身導電率不高，常常需要添加大量導電劑，造成了有效容量一定的降低。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鋰/碳復合材料 及其制備方法和鋰離子電池，通過優(yōu)化電極材料性能來實現(xiàn)鋰離子電池倍率性能改善和循環(huán)穩(wěn)定性提高，可以極大的縮短電池的充電時間，從而使用戶在長距離使用電動車時，可以在短時間內(nèi)完成充電續(xù)航所述鈦酸鋰/碳復合材料是，旨在解決現(xiàn)有的鋰離子電池存在倍率性能不佳、無法大電流充電的問題。

一種鈦酸鋰/碳復合材料的制備方法，其中，包括以下步驟：

將雙氧水與碳化鈦粉末加入到容器中，攪拌均勻；

烘干；

將得到的粉末與氫氧化鋰按4.5～5.5:4的比例混合后，在氬氣氣氛中600～800℃煅燒，得到鈦酸鋰/碳復合材料。

所述的鈦酸鋰/碳復合材料的制備方法，其中，雙氧水與碳化鈦粉末的質(zhì)量比為5～10:1。

所述的鈦酸鋰/碳復合材料的制備方法，其中，雙氧水的質(zhì)量濃度為10～30％；煅燒時間為2h-4h。

一種鈦酸鋰/碳復合材料，其中，采用如上所述的鈦酸鋰/碳復合材料的制備方法制備得到。

一種鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜、電解液，其中，所述鋰離子電池中采用如上所述的鈦酸鋰/碳復合材料作為負極活性材料。

所述的鋰離子電池，其中，所述鋰離子電池采用磷酸鐵鋰作為正極活性材料。

所述的鋰離子電池，其中，所述正極片中的正極材料包括正極活性材料、導電劑和粘結(jié)劑；正極活性材料的重量為正極材料總重量的90～95％，導電劑的重量為正極料總重量的2.5～5％，粘結(jié)劑重量為正極材料總重量的2.5～5％；

所述磷酸鐵鋰，中值半徑1.33um，和比表面積20.0m²/g；所述導電劑為導電炭黑和納米碳纖維復合；所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯。

所述的鋰離子電池，其中，所述負極片中的負極材料包括負極活性材料、粘結(jié)劑、導電劑；負極活性材料的重量為負極料總重量的90～95％，導電劑的重 量為負極材料總重量的2～5％，粘結(jié)劑重量為負極料總重量的3～5％；

所述導電劑為導電炭黑；所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠復合。

所述的鋰離子電池，其中，正極材料和負極材料的質(zhì)量配比為0.85～0.9:1。

所述的鋰離子電池，其中，所述隔膜為聚乙烯濕法雙拉隔膜，厚度10～30um，孔隙率35～50％；所述電解液包括溶劑和鋰鹽，鋰鹽濃度為1mol/L；所述溶劑為EC、EMC、DMC、EA復合；所述鋰鹽為LiPF₆。

有益效果：本發(fā)明提供了一種高倍率電極材料鈦酸鋰的制備方法，通過優(yōu)化電極材料性能來實現(xiàn)鋰離子電池倍率性能改善和循環(huán)穩(wěn)定性提高的。該方法與現(xiàn)有制備鈦酸鋰材料的方法相比，操作簡單、反應迅速，合成產(chǎn)品一致性好，得到的鈦酸鋰顆粒尺寸均一(一次粒徑約20nm)、比表面積高、導電性高，能增大與電解液的接觸面積，同時縮短鋰離子擴散路徑，大大提高材料倍率性能。然后，本發(fā)明中還提供一種鋰離子電池，用所述鈦酸鋰/碳復合材料和磷酸鐵鋰配對，通過優(yōu)化正負極配比，組裝的磷酸鐵鋰-鈦酸鋰電池具有優(yōu)秀的倍率性能好很好的循環(huán)穩(wěn)定性。在5C放電倍率下，容量為1C放電時的93％；5C循環(huán)2000次，容量保持率為94％。其倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性與現(xiàn)有的磷酸鐵鋰-鈦酸鋰電池相比，展現(xiàn)了更優(yōu)異的性能，能滿足將來電動汽車用電池對于快速充電和長使用壽命的要求。對于電動汽車的發(fā)展和推廣具有良好的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中鈦酸鋰/碳復合材料的掃描電鏡結(jié)構(gòu)圖(SEM圖)。

圖2為本發(fā)明實施例中碳點的投射圖(TEM圖)。

圖3為本發(fā)明實施例中磷酸鐵鋰-鈦酸鋰電池倍率性能圖。

圖4為本發(fā)明實施例中磷酸鐵鋰-鈦酸鋰電池循環(huán)性能圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種鈦酸鋰/碳復合材料及其制備方法和鋰離子電池，為使本發(fā) 明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明所提供的一種鈦酸鋰/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將濃度為10％-30％的雙氧水與碳化鈦粉末按照質(zhì)量比為5～10:1的比例加入到容器中，攪拌均勻；

將得到的淺黃色溶液烘干；

將得到的淺黃色粉末與氫氧化鋰按4.5～5.5:4的比例混合后，在氬氣氣氛中600～800℃煅燒2h-4h，得到鈦酸鋰/碳復合材料。

所述鈦酸鋰/碳復合材料是鈦酸鋰/碳復合材料，是在制備鈦酸鋰的過程中同步生成導電碳顆粒，同時利用熱還原反應，對鈦酸鋰制造氧空位，提高材料自身的導電性。本發(fā)明所提供的鈦酸鋰/碳復合材料的制備方法與現(xiàn)有制備鈦酸鋰材料的方法相比，操作簡單、反應迅速，而且合成產(chǎn)品一致性好，得到的鈦酸鋰顆粒尺寸均一(一次粒徑約20nm)、比表面積高、導電性高，能增大與電解液的接觸面積，同時縮短鋰離子擴散路徑，大大提高材料倍率性能。

本發(fā)明中還提供一種鈦酸鋰/碳復合材料，所述鈦酸鋰/碳復合材料是采用上述鈦酸鋰/碳復合材料的制備方法制備得到。

本發(fā)明中還提供一種鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜、電解液，所述鋰離子電池中采用所述鈦酸鋰/碳復合材料作為負極活性材料。

進一步地，所述鋰離子電池采用磷酸鐵鋰作為正極活性材料。由于負極活性材料采用所述鈦酸鋰/碳復合材料作為負極活性材料，提高了復合材料的導電性，縮短鋰離子傳輸距離，顆粒尺寸小、循環(huán)穩(wěn)定性好、倍率性能優(yōu)異，這樣與磷酸鐵鋰組裝成電池后，能保持良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

更進一步地，本發(fā)明中通過優(yōu)化正負極配比，使組裝的磷酸鐵鋰-鈦酸鋰電池具有優(yōu)秀的倍率性能好很好的循環(huán)穩(wěn)定性。正極材料和負極材料的質(zhì)量配比為0.85～0.9:1。

其中，所述正極片中的正極材料包括正極活性材料、導電劑和粘結(jié)劑。正極活性材料的重量為正極料總重量的90～95％，導電劑的重量為正極料總重量的2.5～5％，粘結(jié)劑重量為正極材料總重量的2.5～5％。

所述正極活性材料為商用磷酸鐵鋰，中值半徑1.33um，和比表面積20.0m²/g，大比表面積和小的顆粒尺寸有利于電解液的浸潤和鋰離子的傳輸。所述導電劑為導電炭黑(SP)和納米碳纖維(CNF)復合。所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(PVDF)。

所述負極片中的負極材料包括負極活性材料、粘結(jié)劑、導電劑，負極活性材料的重量為負極料總重量的90～95％，導電劑的重量為負極材料總重量的2～5％，粘結(jié)劑重量為負極料總重量的3～5％。

所述負極活性材料為所述鈦酸鋰/碳復合材料，一次顆粒尺寸20nm，團聚后形成多孔隙的大顆粒，導電碳點粒徑約5nm。所述導電劑為導電炭黑(SP)。所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)復合。

以下通過具體的實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

實施例

1、制備鈦酸鋰/碳復合材料

將濃度為30％的雙氧水與碳化鈦粉末按照質(zhì)量比為5～10:1的比例加入到容器中，攪拌；

將得到的淺黃色溶液烘干；

將得到的淺黃色粉末與氫氧化鋰按4.5～5.5:4的比例混合后，在氬氣氣氛中600～800℃煅燒2h，得到鈦酸鋰/碳復合材料。

制備得到的鈦酸鋰/碳復合材料，顆粒尺寸在20nm左右，團聚后形成多孔隙的大顆粒，如圖1所示，而碳是5nm以下的導電碳點組成的，如圖2所示。

2、制備鋰離子電池

所述鋰離子電池，包括正極片、負極片、隔膜、電解液。

所述正極片中的正極材料包括正極活性材料、導電劑和粘結(jié)劑。其中，正 極活性材料的重量為正極料總重量的90～95％，導電劑的重量為正極料總重量的2.5～5％，粘結(jié)劑重量為正極材料總重量的2.5～5％。所述正極活性材料為商用磷酸鐵鋰，中值半徑1.33um，和比表面積20.0m²/g，大比表面積和小的顆粒尺寸有利于電解液的浸潤和鋰離子的傳輸。所述導電劑為導電炭黑(SP)和納米碳纖維(CNF)復合。所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(PVDF)。

所述負極片中的負極材料包括負極活性材料、粘結(jié)劑、導電劑，負極活性材料的重量為負極料總重量的90～95％，導電劑的重量為負極材料總重量的2～5％，粘結(jié)劑重量為負極料總重量的3～5％。所述負極活性材料為所述鈦酸鋰/碳復合材料，一次顆粒尺寸20nm，團聚后形成多孔隙的大顆粒，導電碳點粒徑約5nm。所述導電劑為導電炭黑(SP)。所述粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)復合。

正極材料和負極材料的質(zhì)量配比為0.85～0.9:1。

所述隔膜為聚乙烯(PE)濕法雙拉隔膜，厚度10～30um，孔隙率35～50％。

所述電解液包括溶劑和鋰鹽。鋰鹽濃度為1mol/L。所述溶劑為EC(碳酸乙烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、EA(乙酸乙酯)復合。EC和EMC溶解鋰鹽、DMC和EA降低電解液粘度、提高鋰離子擴散系數(shù)。所述鋰鹽為LiPF₆(六氟磷酸鋰)。

將制備得到的鋰離子電池測試其性能，如圖3所示，在5C放電倍率下，容量為1C放電時的93％，展現(xiàn)了良好的倍率性能和很好的容量恢復能；如圖4所示，5C循環(huán)2000次，容量保持率為94％，保持了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明方案制備得到的鋰離子電池，其倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性與現(xiàn)有的磷酸鐵鋰-鈦酸鋰電池相比，展現(xiàn)了更優(yōu)異的性能，能滿足將來電動汽車用電池對于快速充電和長使用壽命的要求，對于電動汽車的發(fā)展和推廣具有良好的作用。

應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。