[发明专利]一种锂离子电池电极活性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，尤其涉及一种钛酸锂电极活性材料的制备方法。

背景技术

近年来，尖晶石型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）作为新型储能电池的电极活性材料日益受到重视，这是因为尖晶石型钛酸锂在锂离子嵌入-脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，锂离子嵌入前后都为尖晶石结构，且晶格常数变化很小，同时体积变化很小，所以钛酸锂被称为“零应变”电极活性材料。这能够避免充放电循环中，由于电极活性材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少了随循环次数的增加而带来比容量幅度的衰减，使钛酸锂具有优异的循环性能。然而钛酸锂活性材料是一种半导体材料，其电子电导率较低，在大倍率充放电时，容量衰减严重，因此提高材料的导电性仍是目前研究的热点。

制备纳米钛酸锂、细化钛酸锂晶粒是提高钛酸锂材料导电性的方法之一，因为较小颗粒尺寸的电极活性材料能够提供较短的锂离子扩散路径以及较大的电解质与电极两相之间的接触面积，有利于电化学反应的进行。目前制备尖晶石钛酸锂的方法主要有溶胶凝胶法和固相合成法。其中，溶胶凝胶法可以使合成钛酸锂的原料实现原子级的混合，制备出导电性较好的纳米钛酸锂，但由于原料成本高、消耗过多有机试剂、可操作性不佳等问题使这种方法难以用于工业化生产。而固相合成法的工艺简单、成本较低，适合大规模生产，但是固相法合成的钛酸锂颗粒易团聚且尺寸不均一，且活性不高，从而导致钛酸锂材料的电化学性能不高。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，通过该制备方法可获得具有规则形貌、粒径较小且均匀分布、振实密度高、晶格缺陷少且容量较高的钛酸锂电极活性材料。

一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，其包括以下步骤：提供锂源和二氧化钛，将锂源和二氧化钛混合形成一混合物，并对该混合物进行第一次研磨，获得前驱体颗粒；将所述前驱体颗粒在500℃至600℃进行预烧，获得第一中间体；将所述多个第一中间体进行第二次研磨，并在800℃至1000℃进行第二次烧结，获得第二中间体；以及将所述第二中间体进行第三次研磨，并在500℃至700℃进行第三次烧结，获得尖晶石钛酸锂颗粒。

相对于现有技术，本发明采用多次研磨与多次烧结相结合的方法来制备钛酸锂颗粒，特别是在第三次烧结前将第二中间体颗粒进行第三次研磨，可通过控制研磨的条件使第二中间体颗粒粒径变小并使其分布更均匀，使第三次烧结后得到形貌规则、粒径较小且分布均匀的钛酸锂晶体。将第二中间体颗粒进行第三次研磨，进一步细化第二中间体颗粒，能使第二中间体颗粒在第三次烧结过程中和氧气进行充分的接触，弥补第二次烧结过程中由于较高的烧结温度而形成的钛酸锂晶体氧缺陷，最终获得形貌规则、粒径较小且均匀分布、振实密度高、晶格缺陷少、容量较高且循环性能好的表面碳包覆钛酸锂电极活性材料。

附图说明

图1为本发明第一实施方式提供的锂离子电池电极活性材料的制备流程图。

图2是本发明实施例1制备的钛酸锂颗粒的XRD测试图。

图3是本发明实施例1制备的钛酸锂颗粒的扫描电镜照片。

图4是本发明对比例1制备的钛酸锂颗粒的扫描电镜照片。

图5为采用本发明实施例1制备的钛酸锂电极活性材料作为负极的电池在不同倍率下首次充放电的比容量测试曲线图。

图6为采用本发明实施例1制备的钛酸锂电极活性材料作为负极的电池在不同倍率下循环性能测试曲线图。

图7是本发明实施例1制备的碳包覆的钛酸锂颗粒的透射电镜照片。

图8是本发明实施例2制备的碳包覆的钛酸锂颗粒的透射电镜照片。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明锂离子电池电极活性材料的制备方法。

本发明第一实施方式提供一种锂离子电池电极活性材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1，提供锂源和二氧化钛，将锂源和二氧化钛混合形成一混合物，并对该混合物进行第一次研磨，获得多个前驱体颗粒；

S2，将所述前驱体颗粒在500℃至600℃进行预烧，获得多个第一中间体颗粒；

S3，将所述多个第一中间体颗粒进行第二次研磨，并在800℃至1000℃进行第二次烧结，获得多个第二中间体颗粒；以及

S4，将所述多个第二中间体颗粒进行第三次研磨，并在500℃至700℃进行第三次烧结，获得多个尖晶石钛酸锂颗粒。