[發明專利]鋰電池電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010132910.7
• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN102201570A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 高劍;何向明;李建軍;蒲薇華;任建國;王莉
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰電池電極材料的制備方法，尤其涉及一種鈦酸鋰電極材料的制備方法。

背景技術

近年來，尖晶石型鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)作為新型儲能電池的電極材料日益受到重視，這是因為尖晶石型鈦酸鋰在鋰離子嵌入-脫嵌過程中晶體結構能夠保持高度的穩定性，鋰離子嵌入前后都為尖晶石結構，且晶格常數變化很小，同時體積變化很小，所以鈦酸鋰被稱為“零應變”電極材料。這能夠避免充放電循環中，由于電極材料的來回伸縮而導致結構的破壞，從而提高電極的循環性能和使用壽命，減少了隨循環次數的增加而帶來比容量幅度的衰減，使鈦酸鋰具有優異的循環性能。然而鈦酸鋰材料自身相對于錳酸鋰等材料具有電導率較低，倍率性能較差，且振實密度較低的特點。

為解決這一問題，人們通常采用的方法有：制備納米鈦酸鋰顆粒以減小鋰離子擴散路徑，增加電化學反應的表面積；在鈦酸鋰粉末間混入較多的導電碳材料；進行離子摻雜等。徐寧等人于2009年3月4日公開的第CN101378119號中國發明專利申請公布說明書中揭示了一種碳包覆型復合鈦酸鋰的制備方法，該方法具體為：將具有一定體積比的鋰鹽和二氧化鈦混合，向該混合物中加入分散劑并用球磨法充分混合，之后將球磨后的產物真空烘干制得前驅體；將制備的前驅體在一定溫度下焙燒一定時間，制得鈦酸鋰；通過浸漬蒸干法將一碳源物質包覆在制得的鈦酸鋰表面；熱處理該包覆有碳源物質的鈦酸鋰，從而獲得碳包覆型復合鈦酸鋰。該種制備方法通過碳包覆材料的熱解反應在鈦酸鋰表面直接形成化學包覆碳，這種包覆碳與鈦酸鋰材料表面接觸更牢固緊密，從而可以大大改善材料的電子導電能力，有效提高材料的倍率充放電性能。

然而，上述方法采用球磨的方式使鋰鹽和二氧化鈦固相混合形成前驅體，得到的前驅體僅為兩種原料粉體的均勻混合，從而導致最終產物碳包覆型復合鈦酸鋰的形貌不規則，粒徑分布不均勻，且振實密度較低，流動性及可加工性較差。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種鋰電池電極材料的制備方法，通過該制備方法可獲得具有規則形貌、粒徑分布均勻且振實密度較高的鈦酸鋰電極材料的球形顆粒。

一種鋰電池電極材料的制備方法，其包括：提供一鋰源溶液和一鈦源顆粒，將該鋰源溶液和該鈦源顆粒按鋰元素與鈦元素摩爾比為4∶5至4.5∶5的比例均勻混合以制得一溶膠；提供一碳源化合物，將所述溶膠與該碳源化合物均勻混合，形成一混合溶膠；噴霧干燥上述混合溶膠獲得前驅體顆粒；熱處理該前驅體顆粒，從而獲得鋰電池電極材料。

一種鋰電池電極材料的制備方法，其包括：提供一鋰源溶液和一鈦源顆粒，將該鋰源溶液和該鈦源顆粒按鋰元素與鈦元素摩爾比為4∶5至4.5∶5的比例均勻混合以制得一溶膠；噴霧干燥上述溶膠獲得多個前驅體顆粒；熱處理上述前驅體顆粒，從而制備獲得多個二次鈦酸鋰顆粒；提供一碳源化合物溶液，將所獲得的多個二次鈦酸鋰顆粒均勻分散于該碳源化合物溶液中形成一混合液；去除混合液中的溶劑，并裂解所述碳源化合物，從而獲得一復合鈦酸鋰電極材料。

一種鋰電池電極材料的制備方法，其包括：提供一鋰源溶液和一鈦源顆粒，將該鋰源溶液和該鈦源顆粒按鋰元素與鈦元素摩爾比為4∶5至4.5∶5的比例均勻混合以制得一溶膠；噴霧干燥上述溶膠獲得多個前驅體顆粒；以及熱處理上述前驅體顆粒，從而制備獲得多個二次鈦酸鋰顆粒。

與現有技術相比，本方法通過液固混合得到溶膠，并通過噴霧干燥獲得前驅體顆粒，該前驅體顆粒呈球形，具有比表面積小、粒徑小、粒徑分布較為均勻及顆粒形貌較為規則等特點，從而使得最終獲得的鈦酸鋰電極材料具有較高的振實密度，較好的流動性及可加工性。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例的鋰電池電極材料的制備方法流程圖。

圖2為本發明第一實施例制備的前驅體顆粒的結構示意圖。

圖3為本發明第一實施例制備的復合鈦酸鋰電極材料結構示意圖。

圖4為采用本發明第一實施例制備的復合鈦酸鋰電極材料作為負極的電池在不同倍率下首次充放電的比容量測試曲線圖。

圖5為采用本發明第一實施例制備的復合鈦酸鋰電極材料作為負極的電池在不同倍率下循環性能測試曲線圖。

圖6為本發明第二實施例的鋰電池電極材料的制備方法流程圖。

圖7為本發明第二實施例制備的前驅體顆粒的結構示意圖。

主要元件符號說明

復合鈦酸鋰電極材料????10

前驅體顆粒????????????100，200