[发明专利]锂电池电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池电极材料的制备方法，尤其涉及一种钛酸锂电极材料的制备方法。

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”电极材料。这能够避免充放电循环中，由于电极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。然而钛酸锂材料自身相对于锰酸锂等材料具有电导率较低，倍率性能较差，且振实密度较低的特点。

为解决这一问题，人们通常采用的方法有：制备纳米钛酸锂颗粒以减小锂离子扩散路径，增加电化学反应的表面积；在钛酸锂粉末间混入较多的导电碳材料；进行离子掺杂等。徐宁等人于2009年3月4日公开的第CN101378119号中国发明专利申请公布说明书中揭示了一种碳包覆型复合钛酸锂的制备方法，该方法具体为：将具有一定体积比的锂盐和二氧化钛混合，向该混合物中加入分散剂并用球磨法充分混合，之后将球磨后的产物真空烘干制得前驱体；将制备的前驱体在一定温度下焙烧一定时间，制得钛酸锂；通过浸渍蒸干法将一碳源物质包覆在制得的钛酸锂表面；热处理该包覆有碳源物质的钛酸锂，从而获得碳包覆型复合钛酸锂。该种制备方法通过碳包覆材料的热解反应在钛酸锂表面直接形成化学包覆碳，这种包覆碳与钛酸锂材料表面接触更牢固紧密，从而可以大大改善材料的电子导电能力，有效提高材料的倍率充放电性能。

然而，上述方法采用球磨的方式使锂盐和二氧化钛固相混合形成前驱体，得到的前驱体仅为两种原料粉体的均匀混合，从而导致最终产物碳包覆型复合钛酸锂的形貌不规则，粒径分布不均匀，且振实密度较低，流动性及可加工性较差。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种锂电池电极材料的制备方法，通过该制备方法可获得具有规则形貌、粒径分布均匀且振实密度较高的钛酸锂电极材料的球形颗粒。

一种锂电池电极材料的制备方法，其包括：提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为4∶5至4.5∶5的比例均匀混合以制得一溶胶；提供一碳源化合物，将所述溶胶与该碳源化合物均匀混合，形成一混合溶胶；喷雾干燥上述混合溶胶获得前驱体颗粒；热处理该前驱体颗粒，从而获得锂电池电极材料。

一种锂电池电极材料的制备方法，其包括：提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为4∶5至4.5∶5的比例均匀混合以制得一溶胶；喷雾干燥上述溶胶获得多个前驱体颗粒；热处理上述前驱体颗粒，从而制备获得多个二次钛酸锂颗粒；提供一碳源化合物溶液，将所获得的多个二次钛酸锂颗粒均匀分散于该碳源化合物溶液中形成一混合液；去除混合液中的溶剂，并裂解所述碳源化合物，从而获得一复合钛酸锂电极材料。

一种锂电池电极材料的制备方法，其包括：提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为4∶5至4.5∶5的比例均匀混合以制得一溶胶；喷雾干燥上述溶胶获得多个前驱体颗粒；以及热处理上述前驱体颗粒，从而制备获得多个二次钛酸锂颗粒。

与现有技术相比，本方法通过液固混合得到溶胶，并通过喷雾干燥获得前驱体颗粒，该前驱体颗粒呈球形，具有比表面积小、粒径小、粒径分布较为均匀及颗粒形貌较为规则等特点，从而使得最终获得的钛酸锂电极材料具有较高的振实密度，较好的流动性及可加工性。

附图说明

图1为本发明第一实施例的锂电池电极材料的制备方法流程图。

图2为本发明第一实施例制备的前驱体颗粒的结构示意图。

图3为本发明第一实施例制备的复合钛酸锂电极材料结构示意图。

图4为采用本发明第一实施例制备的复合钛酸锂电极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5为采用本发明第一实施例制备的复合钛酸锂电极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6为本发明第二实施例的锂电池电极材料的制备方法流程图。

图7为本发明第二实施例制备的前驱体颗粒的结构示意图。

主要元件符号说明

复合钛酸锂电极材料    10

前驱体颗粒            100，200