[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰離子電池電極活性物質(zhì)、制備方法及其電極和電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110051099.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112736233B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏冰歆;王燦;陳大鵬;朱佩佩;危偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所）
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/0525;C01G23/00;C01B32/05
• 代理公司: 武漢凌達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國(guó)榮

本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池電極活性物質(zhì)，含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70～95%的碳包覆鈦酸鋰粉體，是先將鈦源和鋰源經(jīng)過(guò)混合、干燥、并通過(guò)氣流粉碎進(jìn)行預(yù)處理，得到的預(yù)燒體經(jīng)過(guò)多段溫度區(qū)間煅燒制得鈦酸鋰，再將鈦酸鋰經(jīng)過(guò)粉碎預(yù)處理后，與碳源混合，經(jīng)過(guò)噴霧干燥，經(jīng)二次煅燒處理制得；還公開(kāi)了基于電極活性物質(zhì)的電池正極或負(fù)極，以及包含電池電極的鋰二次電池。本發(fā)明生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需引入摻雜金屬，具有工藝簡(jiǎn)便、無(wú)污染、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈦酸鋰電極活性物質(zhì)、制備方法以及其負(fù)極材料和電池。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著國(guó)家和地方政府的大力支持，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)高速發(fā)展，鋰離子動(dòng)力電池所扮演的角色越來(lái)越重要。先進(jìn)的鋰離子電池材料應(yīng)該具有高能量密度、高循環(huán)穩(wěn)定性、安全性和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命等一系列特點(diǎn)。作為鋰離子電池重要組成部分的負(fù)極材料，碳材料和硅材料一直備受重視。其中，碳材料的成本低且存儲(chǔ)容量大。

但是，碳負(fù)極材料也有不足之處：當(dāng)電壓低于1.0V（vs.Li⁺/Li）時(shí)碳表面會(huì)形成固體電解質(zhì)界面（SEI），使其初始庫(kù)能效率降低；鋰離子電池充/放電時(shí)在石墨類(lèi)負(fù)極表面仍然可能生成鋰枝晶，產(chǎn)生較大的安全隱患。另一方面，硅（Si）擁有較高的理論比容量4200mAh/g，有望替代石墨成為下一代鋰離子電池的負(fù)極材料。然而，由于硅基材料體積膨脹率高達(dá)400%，經(jīng)多次充放電循環(huán)后，硅顆粒會(huì)發(fā)生破裂和粉化使其極易脫落，導(dǎo)致電池容量衰減快、壽命短，進(jìn)而限制了硅基負(fù)極材料的應(yīng)用。

因此，“零應(yīng)變”的鈦酸鋰極有發(fā)展?jié)摿Φ呢?fù)極材料，其嵌脫鋰對(duì)應(yīng)的Ti⁴⁺/Ti³⁺氧化還原電對(duì)相對(duì)于Li⁺/Li的電壓為1.5V，未達(dá)到SEI膜的形成電位，能避免一定的不可逆容量損失，同時(shí)也能保證其安全性和循環(huán)性能。但Li₄Ti₅O₁₂的理論比容量只有175mAh/g，較低的能量密度限制其大規(guī)模應(yīng)用。在特殊的應(yīng)用場(chǎng)景下，如需要快速充電的電動(dòng)大巴，和某些對(duì)電池安全性要求極高的軍用領(lǐng)域，LTO仍然具有廣闊的應(yīng)用前景。提高Li₄Ti₅O₁₂的電導(dǎo)率，改善Li₄Ti₅O₁₂的容量發(fā)揮和大倍率充放電性能，使其在極高安全性的前提下兼顧快速充放電特性，有利于拓展LTO材料在特殊應(yīng)用場(chǎng)景下的市場(chǎng)。

當(dāng)前主流的鈦酸鋰制備工藝為固相法及液相法。其中液相法工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。固相法合成的粉體易出現(xiàn)均一性較差的問(wèn)題，進(jìn)而影響其克容量及循環(huán)性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋰離子電池電極活性物質(zhì)，包含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70～95%的碳包覆鈦酸鋰粉體，所述的碳包覆鈦酸鋰粉體具有1～10wt%的碳包覆，所述的碳包覆鈦酸鋰為一次顆粒聚集而成的球狀活塊狀形態(tài)的二次顆粒，其中一次顆粒平均粒徑1～25μm，二次顆粒平均粒徑1～50μm。優(yōu)選的，碳包覆含量相對(duì)鈦酸鋰顆粒為3wt%～7wt%。

本發(fā)明的目的之二是提供一種鋰離子電池電極活性物質(zhì)的制備方法，通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝及固相法合成條件，在保持工藝簡(jiǎn)便、成本低廉的情況下，有效地提高負(fù)極材料的克容量及循環(huán)性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種鋰離子電池電極活性物質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：

一次混合工序：將鈦源與鋰源按照以Ti/Li摩爾比率記為4：4.5～5混合，與無(wú)水乙醇或去離子水混合，投入滾筒球磨機(jī)進(jìn)行濕法球磨制成固含量為5～30%的第一漿料。

粉體預(yù)烘干工藝：將第一漿料過(guò)篩后置于鼓風(fēng)干燥箱中70-90℃干燥2～6h，收集干燥后的粉體，投入氣流粉碎機(jī)粉碎一次或以上。