[發明專利]一種鋰電池鈦酸鋰復合負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710010980.7
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106711420B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 胡蘊成;王睿
• 申請（專利權）人: 四川國創成電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 趙正寅

本發明涉及一種鋰電池鈦酸鋰復合負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負極材料技術領域。首先制備鈦酸鋰前驅體，再將可溶性鐵鹽加入混有鈦酸鋰前驅體的草酸中，通過沉淀法制備得到草酸鐵與鈦酸鋰前驅體的懸濁液，最后將混合粉體進行高溫處理，獲得鈦酸鋰與氧化鐵復合的負極材料。本發明所制備的鈦酸鋰復合負極材料兼備鈦酸鋰材料的快充性能以及氧化鐵的高比容量性能，且成本低廉，工藝簡單，易于產業化生產。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池材料的制備方法。具體的，本發明涉及一種鋰電池鈦酸鋰復合負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池負極材料技術領域。

背景技術

近年來，我國電動車行業進入高速發展期，特別是鋰離子電池動力汽車。鋰離子動力電池由四部分主要部件構成，分別是正極、負極、隔膜及電解液。鈦酸鋰作為合金類負極材料，是面心立方尖晶石結構，其充放電時的鋰離子嵌入和脫嵌對鈦酸鋰材料的結構幾乎沒有影響，因此鈦酸鋰的晶型結構幾乎沒有發生變化，這種現象被稱為“零應變”，因此鈦酸鋰也被稱為“零應變材料”。這種特質能夠避免充放電過程中由于材料的伸縮變化而導致結構發生變化，從而提高電極的性能和減少比容量的大幅度衰減，延長了電池的使用壽命。

但鈦酸鋰理論比容量僅為175mAh/g，且相對Li⁺/Li的電位為1.5V，使得其單位質量的能量密度較低，所以對鈦酸鋰材料進行改性使用是目前鈦酸鋰研究的一個重要方向。使用更高比容量的材料與鈦酸鋰進行復合制備，提高其單位質量的能量密度是一種較為常見的方法。過渡元素氧化物在研究中作為負極材料體現出了較高的比容量密度，比如氧化鐵，其理論比容量超過了1000mAh/g，是比較有前途的負極材料，但由于其電導率很低，在充放電中脫嵌鋰能力很弱，嚴重制約了材料的使用。因此，鈦酸鋰的快速充電性能和氧化鐵的高比容量搭配也成為了眾多鈦酸鋰改性研究的一種。

中國專利申請號201310348537.2，發明名稱《一種鈦酸鋰/三氧化二鐵復合鋰離子電池負極材料及其制備方法》的發明專利，該發明公開了一種鈦酸鋰/三氧化二鐵復合鋰離子電池負極材料及其制備方法。通過兩步燃燒法合成，首先制備出三氧化二鐵粉末，再在鈦酸鋰制備步驟中加入并進行復合，制備出鈦酸鋰/三氧化二鐵復合鋰離子電池負極材料，其中三氧化二鐵所占的質量百分數為1％～20％，均勻分布于鈦酸鋰基體。該發明使用燃燒劑加入材料中混合，在高溫爐中進行燃燒反應，該發明的不足在于：燃燒反應屬于劇烈反應，在實際操作及規模生產中存在安全隱患，并且燃燒反應不易于控制，導致雜質產生。

中國專利申請號201310615723.8，發明名稱《一種鈦酸鋰包覆三氧化二鐵鋰離子電池負極材料的制備方法》的發明專利，該發明利用凝膠溶膠法先制備出二氧化鈦包覆三氧化二鐵的中間產物，然后將這種中間產物在鋰堿性水溶液中水熱條件下轉化成鈦酸鋰包覆三氧化二鐵的產物。該發明的不足在于：使用溶膠凝膠法制備碳酸鋰包覆三氧化二鐵，該方法不易于放大產能，適合于科研目標，但在工業生產中受產能和成本限制。

發明內容

本發明旨在解決鈦酸鋰材料單位質量的能量密度低的問題，通過加入氧化鐵材料提高復合負極材料單位比容量，達到提高負極材料單位質量的能量密度的目的。本發明工藝上采用固相燒結法，與本領域技術人員所公知的鈦酸鋰制備工藝相通，可以有效控制工藝成本，同時降低復合制備工藝難度，易于工業應用。

為實現上述發明目標，其具體技術方案如下:

A、按鋰離子與鈦離子摩爾比為1:1～1.2的比例稱取鋰源和鈦源，將鋰源與鈦源置入球磨攪拌罐中，加入去離子水為助磨劑。經球磨攪拌均勻后，將漿料置入干燥爐中加熱干燥，蒸發掉漿料中水分，獲得鋰/鈦混合粉體。

B、將干燥后的鋰/鈦混合粉體粉碎后放入高溫燒結爐，按1～10℃/min的升溫速度，升溫至400-600℃，保持4～12h，獲得鈦酸鋰前驅體材料。