[發明專利]一種改性鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310219826.2
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103296257A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 鮑海友;田東;張貴萍
• 申請（專利權）人: 深圳市斯諾實業發展有限公司永豐縣分公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/62;H01M4/66
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，具體來說是一種改性鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法。?

背景技術

目前已廣泛應用于移動電話、筆記本電腦等電子產品中的鋰離子電池具有比能量大、比功率高、自放電小、循環特性好以及可快速充電且效率高、工作溫度范圍寬、無環境污染等優點，目前市場上所用鋰離子電池，基本都是以碳材料為負極，但是碳材料為負極在實際應用中還有一些難以克服的弱點，例如，首次放電過程中與電解液發生反應形成表面鈍化膜，導致電解液的消耗和首次庫倫效率較低；碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，當電池過充電時，碳電極表面易析出金屬鋰，從而可能會引起短路，進而導致電池爆炸。為了解決鋰電池的安全問題，人們做了大量的研究。尖晶石Li4Ti5O12?作為一種新型的鋰離子二次電池負極材料，與其它商業化的材料相比，具有循環性能好、不與電解液反應、安全性能高、充放電平臺平穩等優點，是近幾年來備受關注的最優異的鋰離子電池負極材料之一。?

與碳負電極材料相比，鈦酸鋰有很多的優勢，其中，鋰離子在鈦酸鋰中的脫嵌是可逆的，而且鋰離子在嵌入或脫出鈦酸鋰的過程中，其晶型不發生變化，體積變化小于1%，因此被稱為“零應變材料”，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，減少了隨循環次數增加而帶來比容量大幅度的衰減，具有比碳負極更優良的循環性能；但是，由于鈦酸鋰是一種絕緣材料，其電導率低，從而導致在鋰電中的應用存在倍率性能較差的問題，同時鈦酸鋰材料理論比容量為175?mAh/g，實際比容量大于160mAh/g，具有克容量較低等缺點，因此，對于鈦酸鋰進行改性是十分必要的。?

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種改性鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。?

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案來實現：?

一種改性鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法，原料按照重量份比例，包括以下工藝步驟：

（1）按照n（Li）：n（Ti）=0.84～0.87的比例稱取鋰鹽、二氧化鈦，用球磨機將兩者進行球磨混合4～10小時，然后將混合均勻的粉體在空氣中，以5～10℃/min的速度升溫至700～850℃，再保溫4～6h，然后自然冷卻至室溫，得到鈦酸鋰負極材料；

（2）將鈦酸鋰、酚醛樹脂、納米硅粉按照100：5～20：5～10，固含量為20%～50%的比例，首先稱取一定量的納米硅粉放入酒精溶劑中，并超聲分散，然后分別加入酚醛樹脂和鈦酸鋰，同時加入樹脂量3%～5%的六次甲基四胺作為樹脂固化劑，不斷攪拌，混合成均勻漿體；

（3）然后將步驟（2）混合均勻的漿體通過噴霧干燥，得到表面包裹有納米硅和酚醛樹脂混合物的鈦酸鋰粉體；

（4）將步驟（3）所得到的粉體與瀝青粉體按照100：5～20的比例混合均勻，然后將粉體在惰性氣體的保護下，以1～20℃/min的速度升溫至1000～1200℃，再保溫0.5～5h，自然降溫，冷卻后過篩即得到高容量改性鈦酸鋰負極材料。

進一步，步驟（1）中所述的為鋰鹽為醋酸鋰、硫酸鋰、草酸鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種。?

進一步，步驟（1）中所述的二氧化鈦為銳鈦型二氧化鈦或金石型二氧化鈦中的一種。?

進一步，步驟（2）中所述的納米硅粉的粒徑不大于100納米。?

進一步，步驟（3）中噴霧干燥的熱空氣的進口溫度為200℃～300℃，出口溫度為40℃～90℃。?

進一步，步驟（4）所述的瀝青粉體包括由煤瀝青、石油瀝青、改質瀝青、中間相瀝青、由瀝青改質而得到的縮合多環多核芳香烴中的一種或一種以上的混合物所制備的粉體，軟化點在100--280℃，平均粒徑為2～5μm。?

有益效果：?

(1)通過固相法制備鈦酸鋰，具有工藝簡單、制造成本低、制成周期短等優點；

(2)通過選用納米硅粉，避免了硅粉因粒徑較大而在充放電時產生的體積效應，保證了材料的在充放電過程中的穩定性，同時和鈦酸鋰進行復合包覆處理，解決了單一鈦酸鋰負極材料容量偏低等缺點；

(3)樹脂在熱處理過程中，樹脂內的小分子過多，在溢出過程中會造成包覆后材料的表面產生過多的空隙，這些空隙可以起到緩沖硅粉的體積效應，保證材料體系的穩定；

(4)通過最后用瀝青對材料進行二次包覆，降低了材料的比表面積，提高了材料的首次充放電效率；