[發明專利]一種具備高倍率性能的鋰電池材料的制備方法及其用途

有效

• 申請號: 201110416110.2
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN103165876A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 馬麗榮;汪國慶;馬春印;趙培;王迎姿
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李新紅

技術領域

本發明涉及一種鋰電池負極材料的制備方法，具體地，涉及一種具備高倍率性能的鈦酸鋰電池負極材料的制備方法。

背景技術

與商業化的鋰離子電池負極碳材料相比，尖晶石結構的鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂具有立方結構與“零應變”性能，具有良好的動力學性能與穩定性；同電解液反應的活性較小，不易形成阻抗層；高比表面積，具有快速充電的動力學特性；無SEI膜生成，具有良好的熱穩定性與安全特性等優點。但是該材料本身具有較低的電導率(約為10^-9S/cm)，在充放電過程中能明顯增加電池內阻以及傳質阻力，產生較大的極化，增加能量損失，降低高倍率充放電性能。

鑒于以上鈦酸鋰材料存在的問題，研究人員多數從改善該材料的導電性方面來進一步改善材料的倍率性能，如采用細小粒徑甚至于納米級的鈦酸鋰，以縮短鋰離子的遷移路徑，提高倍率性能；還有采用包覆碳或者摻雜金屬粉末或其氧化物來提高電導率，改善倍率特性等。而本技術解決方案是通過改變鈦源結構來進一步改善最終產品鈦酸鋰的整體性能，目前沒有發現與本技術解決方案相近的制備鈦酸鋰的專利方法。與本技術解決方案最為接近的是其中深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司的岳敏等人在專利號為CN?101373829B的專利“鈦系負極活性物質及其制備方法、鈦系鋰離子動力電池”中，公開了“一種鈦系負極活性物質的通式為Li₄Ti₅O₁₂/M_X，Li₄Ti₅O₁₂為尖晶石鈦酸鋰，M為摻雜物質金屬單質、金屬化合物、非金屬單質或非金屬化合物，所述摻雜物質所含元素或離子進入Li₄Ti₅O₁₂晶格點陣或與之復合；制備方法是將制得的復合鈦酸鋰前驅混合物，噴霧干燥，熱處理。”

以上方案是采用將鈦前驅體、鋰前驅體、摻雜物的前驅體制成復合前驅混合物噴霧干燥成型，再于一定氣氛中進行熱處理得到負極材料。然而，本發明的發明人嘗試用這種工藝制備了一種鈦酸鋰材料，其內部微觀結構顯示，在其球形顆粒內部出現較多不規則的孔洞，較多孔洞的存在，會導致材料導電性能的降低，增加極化電阻和傳質阻力，降低該材料作為電池負極材料的高倍率性能。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種具備高倍率性能的鈦酸鋰電池負極材料的制備方法。

為此，本發明經過深入研究之后，提供本發明的下列各個方面：

<1>.一種具備高倍率性能的鋰電池材料制備方法，所述方法包括如下步驟：

第一步，提供鈦前驅體二氧化鈦；

第二步，將所述鈦前驅體二氧化鈦、造孔劑和水混合均勻，以形成固體含量為10～40重量％的水漿料，然后將所得到的水漿料噴霧干燥成球形粒子；

第三步，接著進行熱處理，以得到介孔球形二氧化鈦粉體；以及

第四步，按照鈦酸鋰中鋰和鈦的原子比、鋰前驅體過量1～8重量％的比率以及理論0～5重量％的含碳量，稱取上述得到的二氧化鈦粉體、鋰前驅體和碳前驅體以及適量水，攪動混勻，將混勻后的水漿料在保護氣氛或空氣中，熱處理后得到鈦酸鋰粉體材料。

<2>.根據<1>所述的具備高倍率性能的鋰電池材料制備方法，其中所述造孔劑在所有固體含量中的比率(即，所述造孔劑重量相對于所述鈦前驅體二氧化鈦與所述造孔劑的總重量的比率)為10～50重量％。

<3>.根據<1>所述的具備高倍率性能的鋰電池材料制備方法，其中所述造孔劑為可溶性淀粉、聚乙二醇、三乙醇胺或無機銨鹽化合物。

<4>.根據<1>所述的具備高倍率性能的鋰電池材料制備方法，在第二步驟中，將所述鈦前驅體二氧化鈦、造孔劑和水混合均勻形成固體含量為10～40重量％的水漿料是在50～150rpm/min的磁力或機械攪拌，300～500rpm/min的震蕩攪動或100～200rpm/min的球磨作用下持續攪動6～24h而獲得的。

<5>.根據<1>所述的具備高倍率性能的鋰電池材料制備方法，在第二步驟中，所述噴霧干燥是在噴霧干燥機上，以30～50rpm/min的速度將混勻的漿料泵入噴霧腔中，在150～300℃，1.5～4MPa的壓力下噴霧干燥成球形粒子的。