[发明专利]多孔钛酸锂材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种多孔钛酸锂材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池。该制备方法包括：步骤S1，将包括钛源、锂源、分散剂的混合液依次进行均质、第一干燥、第一煅烧，得到钛酸锂初品；步骤S2，将钛酸锂初品进行造球处理，得到微米球；以及步骤S3，对微米球进行第二煅烧，得到多孔钛酸锂材料。上述具有较大比表面积的该多孔钛酸锂材料增大了电解液的浸润面积，从而为锂离子提供了更多的脱嵌位点，减小了极化并提升了锂离子扩散速率，进而提高了锂离子电池的比容量、能量密度以及倍率性能，进一步地改善了锂离子电池的抗低温性能。此外，上述制备方法简单，成本较低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种多孔钛酸锂材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池。

背景技术

随着环境低温的下降，锂离子电池材料的比容量会呈现不同幅度的下降，而且温度下降的跨度越大，比容量下降的幅度也越大。锂离子在负极材料中的扩散动力学条件变差是限制锂离子电池低温性能的主要原因，通常可以归纳为以下几个原因：电解液的黏度增加，导致电导率降低；Li⁺在活性材料中的扩散速度降低；电极/电解液界面的电荷传递阻抗增大。目前主要通过负极表面处理、表面包覆、掺杂增大层间距、控制颗粒大小等改性方法对锂离子电池材料的低温性能进行优化，但这些改性方法对锂离子电池材料抗低温性能的改进较小。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多孔钛酸锂材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池，以解决现有技术中的锂离子电池的抗低温性能较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多孔钛酸锂材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，将包括钛源、锂源、分散剂的混合液依次进行均质、第一干燥、第一煅烧，得到钛酸锂初品；步骤S2，将钛酸锂初品进行造球处理，得到微米球；以及步骤S3，对微米球进行第二煅烧，得到多孔钛酸锂材料。

进一步地，上述步骤S2包括：步骤S21，将钛酸锂初品进行湿法研磨处理，得到纳米化颗粒的浆液；步骤S22，对浆液进行造球处理，得到微米球；优选纳米化颗粒的粒径D90为270～400nm，优选浆液的固含量为10～20％，优选造球处理为喷雾造球，优选进行喷雾造球时，浆液的进料速度为10～30rpm/min，优选喷雾造球的温度为180～300℃，优选喷雾造球的压力为0.2～0.4Pa，优选微米球的粒径D90为21.59～23.89μm，优选微米球的比表面积为101～110m²/g，优选湿法研磨处理中所用的溶剂选自水、乙醇、丙酮中的任意一种或多种。

进一步地，上述第二煅烧的温度为600～900℃，优选第二煅烧的升温速率为14～16℃/min，优选第二煅烧在达到600～900℃的温度后煅烧1～8h。

进一步地，上述钛源中的钛与锂源中的锂的摩尔比为1:0.8～1:0.88，优选钛源为TiO₂和/或偏钛酸，优选锂源为LiOH·H₂O和/或碳酸锂。

进一步地，上述第一干燥为喷雾干燥，优选第一干燥的温度为230～250℃。

进一步地，上述第一煅烧的温度为700～850℃，优选第一煅烧的升温速率为8～10℃/min，优选第一煅烧在达到700～850℃的温度后煅烧3～5h。

进一步地，上述均质为球磨，优选球磨的转速为2000～3500rpm/min，优选分散剂选自水、乙醇、丙酮中的任意一种或多种。

根据本发明的另一方面，提供了一种多孔钛酸锂材料，该多孔钛酸锂材料的粒径D50为4.85～5.52μm，多孔钛酸锂材料的比表面积为6.15～6.95m²/g。

根据本发明的又一方面，提供了一种负极材料，负极材料包括钛酸锂材料，钛酸锂材料为上述的多孔钛酸锂材料。