[发明专利]一种具备高倍率性能的锂电池材料的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池负极材料的制备方法，具体地，涉及一种具备高倍率性能的钛酸锂电池负极材料的制备方法。

背景技术

与商业化的锂离子电池负极碳材料相比，尖晶石结构的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂具有立方结构与“零应变”性能，具有良好的动力学性能与稳定性；同电解液反应的活性较小，不易形成阻抗层；高比表面积，具有快速充电的动力学特性；无SEI膜生成，具有良好的热稳定性与安全特性等优点。但是该材料本身具有较低的电导率(约为10^-9S/cm)，在充放电过程中能明显增加电池内阻以及传质阻力，产生较大的极化，增加能量损失，降低高倍率充放电性能。

鉴于以上钛酸锂材料存在的问题，研究人员多数从改善该材料的导电性方面来进一步改善材料的倍率性能，如采用细小粒径甚至于纳米级的钛酸锂，以缩短锂离子的迁移路径，提高倍率性能；还有采用包覆碳或者掺杂金属粉末或其氧化物来提高电导率，改善倍率特性等。而本技术解决方案是通过改变钛源结构来进一步改善最终产品钛酸锂的整体性能，目前没有发现与本技术解决方案相近的制备钛酸锂的专利方法。与本技术解决方案最为接近的是其中深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司的岳敏等人在专利号为CN 101373829B的专利“钛系负极活性物质及其制备方法、钛系锂离子动力电池”中，公开了“一种钛系负极活性物质的通式为Li₄Ti₅O₁₂/M_X，Li₄Ti₅O₁₂为尖晶石钛酸锂，M为掺杂物质金属单质、金属化合物、非金属单质或非金属化合物，所述掺杂物质所含元素或离子进入Li₄Ti₅O₁₂晶格点阵或与之复合；制备方法是将制得的复合钛酸锂前驱混合物，喷雾干燥，热处理。”

以上方案是采用将钛前驱体、锂前驱体、掺杂物的前驱体制成复合前驱混合物喷雾干燥成型，再于一定气氛中进行热处理得到负极材料。然而，本发明的发明人尝试用这种工艺制备了一种钛酸锂材料，其内部微观结构显示，在其球形颗粒内部出现较多不规则的孔洞，较多孔洞的存在，会导致材料导电性能的降低，增加极化电阻和传质阻力，降低该材料作为电池负极材料的高倍率性能。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具备高倍率性能的钛酸锂电池负极材料的制备方法。

为此，本发明经过深入研究之后，提供本发明的下列各个方面：

<1>.一种具备高倍率性能的锂电池材料制备方法，所述方法包括如下步骤：

第一步，提供钛前驱体二氧化钛；

第二步，将所述钛前驱体二氧化钛、造孔剂和水混合均匀，以形成固体含量为10～40重量％的水浆料，然后将所得到的水浆料喷雾干燥成球形粒子；

第三步，接着进行热处理，以得到介孔球形二氧化钛粉体；以及

第四步，按照钛酸锂中锂和钛的原子比、锂前驱体过量1～8重量％的比率以及理论0～5重量％的含碳量，称取上述得到的二氧化钛粉体、锂前驱体和碳前驱体以及适量水，搅动混匀，将混匀后的水浆料在保护气氛或空气中，热处理后得到钛酸锂粉体材料。

<2>.根据<1>所述的具备高倍率性能的锂电池材料制备方法，其中所述造孔剂在所有固体含量中的比率(即，所述造孔剂重量相对于所述钛前驱体二氧化钛与所述造孔剂的总重量的比率)为10～50重量％。

<3>.根据<1>所述的具备高倍率性能的锂电池材料制备方法，其中所述造孔剂为可溶性淀粉、聚乙二醇、三乙醇胺或无机铵盐化合物。

<4>.根据<1>所述的具备高倍率性能的锂电池材料制备方法，在第二步骤中，将所述钛前驱体二氧化钛、造孔剂和水混合均匀形成固体含量为10～40重量％的水浆料是在50～150rpm/min的磁力或机械搅拌，300～500rpm/min的震荡搅动或100～200rpm/min的球磨作用下持续搅动6～24h而获得的。

<5>.根据<1>所述的具备高倍率性能的锂电池材料制备方法，在第二步骤中，所述喷雾干燥是在喷雾干燥机上，以30～50rpm/min的速度将混匀的浆料泵入喷雾腔中，在150～300℃，1.5～4MPa的压力下喷雾干燥成球形粒子的。