[发明专利]负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，制备方法包括：将钛源和铌源加入到第一溶剂中混合得到第一浆料；对第一浆料进行湿法球磨、干燥、烧结和筛分处理，得到负极材料。本发明提供的负极材料的制备方法克服了现有的固相混合技术壁垒，适合应用于大规模工业化生产，且操作工艺简单，绿色无污染，这种工艺得到的产物具有纳米化的结构，结晶性好，粒径小，分布均一，产品稳定性和均一性好且电化学性能优异，其纳米级的粒子可以使电解液有效浸润活性材料，并且缩短锂离子和电子在充放电过程中的传输距离，降低阻抗，充分保证材料优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及储能器件技术领域，特别是一种负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

随着经济全球化的发展，资源、能源的消耗与浪费日渐严重。21世纪不仅是信息自动化、电子科技化的时代，更是资源日益枯竭、环境日益恶化的时代。传统的铅酸、镍氢电池因能量密度较低，环境污染等问题已经很难满足市场的需求。因此，开发高性能的锂离子电池，寻求高质量的电极材料在当今就更具有了战略性的研究意义。

新一代锂离子电池负极材料TiNb₂O₇,自从2011年，被Goodenough 课题组首次研究了其电化学性能后，而逐渐受到关注。钛铌氧化物与钛酸锂有在性能上许多相似之处，比如两者导电性都较差但大倍率性能优异等。钛铌氧化物负极材料是混合动力汽车和纯电动汽车的能源供给最具优势的候选材料之一，主要是其具有以下优势：(1)高安全性，脱嵌锂电位高，大电流充放电时可避免锂析出过程产生枝晶而造成微短路； (2)充放电电压压差小，电压滞后效应不明显；(3)充放电过程中，脱嵌锂机制简单，高度可逆，循环性能好；(4)钛铌氧化物的能量密度明显高于钛酸锂材料，理论容量为387.6mAh/g至少是钛酸锂的两倍；(5)钛铌氧化物虽然脱嵌锂前后晶格尺寸有一定的膨胀和收缩，但是变化幅度都不大；(6)与炭基材料相比，TiNb₂O₇(～1.64V)的高电压平台可以避免形成SEI膜。总得来说，钛铌氧化物优良的综合性能意味着它具有更大的潜力，而且被普遍认为是最具有潜力的材料用来替代钛酸锂。

TiNb₂O₇常用的制备方法有高温固相法和溶剂法等。溶剂法由于实验过程中操作工艺相对繁琐而不适合用于大规模的工业化生产。高温固相法是通过将钛源和铌源充分混合，在高温炉中煅烧合成铌钛氧化物。与溶剂法制备相比，固相法具有原材料价格低廉，工艺技术简单，易于大规模生产，便于管理等特点。但固相法制备TiNb₂O₇的负极材料一般产物的尺寸较大，且分布不均匀，并且高温煅烧时间较长导致能量损耗过大成本增加，通过这种方法制备的电极材料电化学性能一般不够理想。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，以解决现有技术中存在的难以大规模生产、产物尺寸大、分布不均匀、生产成本高的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种负极材料的制备方法，包括：

一种负极材料的制备方法，包括：

S1、将钛源和铌源加入到第一溶剂中混合得到第一浆料；

S2、对所述第一浆料进行湿法球磨、干燥、烧结和筛分处理，得到所述负极材料。

优选地，所述S2包括：

S21、对所述第一浆料进行一次湿法球磨、一次干燥和一次烧结处理，得到钛铌氧化物粉末；

通过一次干燥进行造粒，从而降低材料的粒径分布，经过一次烧结得到结晶产物。

S22、对所述钛铌氧化物粉末进行二次湿法球磨、二次干燥、二次成型和筛分处理，得到所述负极材料。