[發明專利]一種鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810994833.2
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109273705A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 李雪;閆懷聰;張英杰;張義永;馮謙;韋克毅
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525;C01G23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。本發明將鋰源和鈦源加入到去離子水中混合均勻，再加入分散劑混合均勻得到混合漿料；在溫度為70~90℃攪拌條件下，混合漿料恒溫反應1~3 h，然后噴霧熱處理得到球形鈦酸鋰前驅體；在空氣氛圍中，將球形鈦酸鋰前驅體勻速升溫至溫度為700~900℃并恒溫燒結3~20h，冷卻即得鈦酸鋰負極材料。本發明方法制備的多孔球形鈦酸鋰具有高比表面積，有助于活性材料與電解液的充分接觸，鋰離子在其中擴散路徑較短，減小了材料在充放電過程中的濃差極化，極大提高了電池放電比容量和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池被廣泛應用于移動電子設備，在電動汽車和各類儲能系統有良好的應用前景，是未來最具發展前途的儲能電池之一。鋰離子電池研究的關鍵是電極材料的選取，作為一種鋰離子電池負極材料，碳材料由于其儲量豐富，性價比高，是商業鋰離子電池中最廣泛應用的負極材料，但是它有兩個較為嚴重的缺點：一是在充放電過程中，鋰離子脫嵌會引起碳電極材料的體積膨脹與收縮，長時間的使用可能使電極材料晶體結構發生坍塌，進而引起電池容量降低；二是碳電極在脫嵌鋰過程中電位接近金屬鋰，當電池過充時在表面容易形成鋰枝晶，引起電池內部短路，因而具有潛在的安全隱患。

噴霧干燥工藝可以制備具有高振實密度的球狀材料，未來將廣泛用于儲能材料的宏量制備過程，但是也具有缺陷：（1）噴霧干燥的過程快速、短暫，制備出的材料往往出現元素混合不均勻，粒徑大小不均一。這些問題將導致鈦酸鋰材料元素分布不均勻，理化性質不均一，結晶度較差，極易出現二氧化鈦、Li₂TiO₃等雜質。（2）氫氧化鋰溶解性較差，在噴霧干燥過程中會出現鋰的大量損失，最終易出現Li₂TiO₃等雜質。這些負面影響可直接影響鋰離子電池材料的批次穩定性及儲能性能。

發明內容

為解決噴霧干燥制備方法中存在的不足，本發明提供的一種鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法，本發明采用分散劑為乙二醇、丙三醇和聚乙二醇等醇羥基化合物，其醇羥基可有效快速分散鈦、鋰元素，制備的鈦酸鋰理化性質更均勻，材料批次穩定性得到提高；噴霧干燥之前的前驅液的液相混合溫度選擇70~90℃，可以使氫氧化鋰在水溶液里得到更好的溶解，減少鋰源損失，降低Li₂TiO₃等雜質含量，制備的鈦酸鋰純度更高，儲能行為更優異；通過噴霧熱處理制備的鈦酸鋰具有多孔微納米結構，其比表面積大、振實密度高、擴散路徑短和循環穩定性高利于電子、離子快速傳輸，可作為實現快速充電的鋰離子電池負極材料。此外，本發明具有無污染、價格低廉、加工工藝簡單、適合商業化生產的優點。

一種鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）將鋰源和鈦源加入到去離子水中混合均勻，再加入分散劑混合均勻得到混合漿料，漿料的濃度在100~200g/L；

（2）在溫度為70~90℃，攪拌速率300~700rpm條件下，步驟（1）的混合漿料恒溫反應1~3h，然后噴霧熱處理得到球形鈦酸鋰前驅體；

（3）在空氣氛圍中，將步驟（2）的球形鈦酸鋰前驅體勻速升溫至溫度為700~900℃并恒溫燒結3~20h，冷卻即得鈦酸鋰負極材料；

所述步驟（1）中鋰源和鈦源的摩爾比為0.8~1:1，鋰源為氫氧化鋰，鈦源為二氧化鈦；

所述氫氧化鋰純度不低于95%，二氧化鈦為銳鈦礦型二氧化鈦；

所述步驟（1）分散劑為醇羥基化合物，分散劑的加入量為鈦源質量的0.5~2%；

優選的，所述醇羥基化合物為乙二醇、丙三醇和/或聚乙二醇；