[发明专利]钛酸锂电极材料、制造方法及其应用

说明书

在一个方面，本发明涉及一种制造钛酸锂电极材料的方法，其包含：将纳米碳材料分散在溶剂中以形成纳米碳浆料；将锂及钛化合物以锂与钛的所需摩尔比添加至纳米碳浆料中；以及将其混合以形成前驱物分散液；喷洒前驱物分散液以成粒，从而获得前驱物粉末；以及在所需温度下处理前驱物粉末一段时间以制造钛酸锂复合电极材料。

技术领域

本发明实质上涉及纳米材料技术领域，且更具体言之，涉及钛酸锂电极材料、其制备方法及其应用。

背景技术

本文中提供的背景描述是出于实质上呈现本发明背景的目的。发明背景部分中论述的主题不应由于其仅仅在发明背景部分中提及而假设成先前技术。类似地，发明背景部分提及的问题或与发明背景部分的主题有关的问题不应假设成先前技术中已事先认可。发明背景部分中的主题仅代表不同方法，其本身亦可为发明。在发明背景部分中描述的程度的当前提出的发明人的研究以及在递交时并未另外取得先前技术资格的描述的实施例既不明确地亦不默许地承认是针对本发明的先前技术。

通常，锂离子蓄电池的主要问题之一为充电缓慢及安全效能差。与石墨阴极相比，钛酸锂阴极可明显改善锂离子电池的充电时间及安全效能，具有极大的应用前景。然而，钛酸锂材料极低的导电性导致钛酸锂的导电效能差，在一定程度上，变成其应用的瓶颈之一。

为改善钛酸锂阳极材料的导电性，主要存在三种方法：制备纳米钛酸锂，减小粒径以缩短锂离子扩散路径，因此改善导电性；掺杂；以及碳涂布。其中，碳涂布技术主要借由导电碳层涂布在钛酸锂粒子的表面上以改善材料导电性。

中国专利公开案第CN102130324A号揭示一种钛酸锂/碳纳米管复合阳极材料之制备方法。钛化合物溶解于无水乙醇中以形成第一液体。锂化合物溶解于去离子水中，接着添加碳纳米管及无水乙醇，以形成第二液体。混合后，在连续搅拌下将适合量的有机酸添加至第二液体中。在磁性搅拌下将第二液体缓慢添加至第一液体中，老化1-12小时，以形成第三液体。第三液体在真空干燥烘箱中干燥成干凝胶，接着在氮气氛围下在250至450℃中预烧结1-4小时，且在600至1200℃中再次烧结4-12小时，研磨产物后，获得钛酸锂/碳纳米管复合阴极材料。在开始50周，材料比容量可在0.1℃内达到171mAh·g^-1。

中国专利公开案第CN102496707A号揭示一种制备具有纳米碳涂布的尖晶石钛酸锂蓄电池阴极材料的方法。将二氧化钛及锂放入分散剂中，且在400℃至800℃的温度下在惰性氛围下煅烧2-36小时，自然冷却至室温后，获得中间物。将中间物及碳源放入分散剂中，在干燥之后，将中间产物、碳源及分散剂的混合物在第二氛围下在700-950℃的温度下煅烧2-36小时，自然冷却至室温后，获得纳米碳涂布的尖晶石钛酸锂。

中国专利公开案第CN102646810A号揭示一种制备掺杂有钛酸锂化合物阳极材料的三维多孔石墨烯的方法，其中三维多孔石墨烯溶解于溶剂中，形成1-12mg/mL溶液，且在搅拌条件下添加锂源及钛源化合物，控制Li与Ti原子的摩尔比在0.7-0.9之间。首先制备三维多孔石墨烯及钛酸锂前驱物溶凝胶。接着，在70-90℃的温度下干燥三维多孔石墨烯及钛酸锂前驱物溶凝胶以去除溶剂，获得三维多孔石墨烯及钛酸锂前驱物粉末。最后，在惰性气体保护下将三维多孔石墨烯及钛酸锂前驱物粉末加热至700-950℃，历时8-20小时，获得掺杂有钛酸锂复合材料的三维多孔石墨烯，其中三维多孔石墨烯约为1-5wt％。

然而，制备碳涂布钛酸锂阳极材料的方法复杂，且对于大规模工业生产而言，效能不佳。

因此，在此项技术中存在迄今为止未解决的对解决前述缺陷及不足的需要。

发明内容

本发明的目标之一为提供一种制备钛酸锂电极复合材料的简单方法，该等钛酸锂电极复合材料具有小粒径及均匀粒子形态，以提高钛酸锂阳极材料的导电效能，其适合于大规模生产。