[發明專利]一種生產用于鋰離子電池應用的高性能鈦酸鋰陽極材料的方法

有效

• 申請號: 201880004507.0
• 申請日: 2018-02-17
• 公開（公告）號: CN110023245B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: S·安納丹;P·M·普拉舍克;R·維杰;T·N·勞
• 申請（專利權）人: 國際先進的粉末冶金和新材料研究中心(ARCI)
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82Y30/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 王海寧

生產用于鋰離子電池應用的鈦酸鋰陽極材料的方法，該方法包括以下步驟：a)以5:4的化學計量比將作為鈦前體的具有60?80％銳鈦礦和20?40％金紅石的TiO₂混合相與作為鋰前體的Li₂CO₃混合，并且添加2至5％的硬脂酸作為過程控制劑以及碳前體；b)在水平碾磨單元中磨制，其中球與粉末的比率為10:1?12:1，以250?500rpm持續0.5?2小時；c)將磨制重復40至48次；d)在0.5?1噸的壓力下將磨制的粉末造粒成30?35mm直徑；e)在惰性氣氛下在700?900℃的溫度進行退火，持續2?12小時的時段；和f)將所得退火復合粉末研磨成細粉。所得粉末在充電?放電、循環穩定性和倍率性能方面顯示出優異的電化學性能。

發明領域

本發明涉及一種生產用于鋰離子電池應用的高性能鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂(LTO)陽極的方法，更具體地為一種利用水平碾磨(Horizontal attrition milling)技術使用TiO₂和Li₂CO₃以及碳的前體生產LTO的工藝，該工藝產生具有較小顆粒尺寸的高度結晶的LTO。發現顆粒形態是平均顆粒尺寸為342nm的不均勻的、良好分辨的顆粒。由水平碾磨機生產的較小顆粒可通過縮短鋰離子擴散長度來幫助改善鋰離子擴散動力學。使用的碳前體避免了在磨制期間的堆積，這起到過程控制劑(PCA)和碳前體的雙重作用。在惰性氣氛下使磨制過的前體和PCA一起退火，從而產生氧空位，為此通過將Ti⁴⁺離子轉化為Ti³⁺離子進行電荷補償。在LTO中除Ti⁴⁺之外，Ti³⁺的存在極大改善所形成的陽極的電子傳導性和離子傳導性。半電池構造中的電化學表征的結果在1C下為約156mA h g^-1，在10C下為97mA h g^-1，并且在全電池構造中，在1C倍率下的容量為約0.47mAh，在650次充電-放電循環后的保持率為98.5％，這非常有前景。由于在充電放電容量方面的有前景的電化學性質，并且使用本發明技術開發的材料的倍率性能可適用于高能量密度鋰離子電池應用。與其它磨制技術相比，我們開發的方法具有成本有效、高動能系統的優點，并且耗時較少。

發明背景