[发明专利]一种高振实密度钛酸锂负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高振实密度钛酸锂负极材料的制备方法，属于电化学电池电极原料技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，全球的气候环境不断恶化与石油资源日益紧缺使现代社会面临严峻的挑战。从经济社会可持续发展的角度来看，传统的能源体系在逐渐阻碍着经济社会的发展，开发安全、清洁的绿色能源体系为人们所用，已成为当今世界能源利用的发展趋势。传统的铅酸电池、镍镉电池因能量密度较低、环境污染等问题已很难满足市场的需求，随着科学技术的进步，特别是电子、通讯、航天、汽车等工业的飞速发展，对高比能量、高比功率、长寿命、无污染的新型化学能源的需求越来越迫切。

新一代锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂作为高性能电极材料有诸多优点：（1）结构上的优势，尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂在锂离子嵌入和脱出的过程中，晶体结构体积变化很小，能够保持高度的稳定性，被称为“零应变”材料，具有优良的循环性能和平稳的放电电压，理论比容量为175mAh/g，实际比能量可达到160-165mAh/g，能满足长寿命、高功率的要求；（2）具有相对较高的电极电位，使Li₄Ti₅O₁₂作为电极材料能够在大多数液体电解质的稳定电压区间中使用，从而避免了电解液分解现象或保护膜的生成，全充电状态下有良好的热稳定性、较小的吸湿性及较平坦的充放电平台；（3）Li₄Ti₅O₁₂的电势比纯金属锂的电势高，不易产生锂枝晶，为保障电池的安全提供了基础；（4）高低温性能好，Li₄Ti₅O₁₂离子电池具备在-40～55℃的充放电能力，而目前石墨为负极的锂离子电池在-20℃下放电的电流就非常之小，基本无法工作；（5）Li₄Ti₅O₁₂具有高的锂离子扩散系数（为2×10^-8cm²/s），可高倍率充放电。Li₄Ti₅O₁₂为大容量锂离子动力电池的发展展现了广阔的空间，未来使用电极材料Li₄Ti₅O₁₂的锂离子电池最有可能作为动力电池得到规模化应用。

钛酸锂制备方法主要包括高温固相法和液相法，固相法是将锂源和钛源进行充分混合，在烧结炉中高温煅烧合成钛酸锂。与液相法相比，固相反应法具有原材料价格低廉，工艺要求简单，易于大规模生产，便于生产管理等特点。但是目前常用的固相法制备出的钛酸锂材料存在振实密度偏低的情况，材料振实密度低导致电池的比能量较低，严重影响了电池的质量。

有鉴于此，发明一种高振实密度的钛酸锂负极材料变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种高振实密度钛酸锂负极材料的制备方法，旨在通过改善工艺过程来提高材料的振实密度，从而提高电池的能量密度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高振实密度钛酸锂负极材料的制备方法，其关键技术在于，包括如下步骤：

(1)原料混合：按照Li和Ti的摩尔比为Li:Ti=0.80-0.85: 1的比例分别称取锂源和钛源，以去离子水为介质，搅拌均匀，得到浆料；

(2)喷雾干燥：将步骤(1)得到的浆料进行喷雾干燥，得到均匀混合的粉末；

(3)高温煅烧：将步骤(2)得到的的粉末在700-875℃条件下煅烧2-6h，得到钛酸锂粉末；

(4)湿法球磨：在球磨机中，以水为分散介质，将步骤(3)得到的钛酸锂粉末分散成浆料，经过球磨得到混合均匀、纳米级的钛酸锂浆料；

(5)二次喷雾干燥：将步骤(4)得到的浆料通过喷雾干燥得到球形的微米级颗粒；

(6)二次高温烧结：将步骤(5)得到的颗粒在回转烧结炉中750-850℃烧结1-3h，冷却，得到钛酸锂材料；

(7)筛分：过200-250目旋振筛，即得。

作为本发明进一步的改进，所述步骤(1)中所述的钛源为锐钛矿TiO₂。