[发明专利]固态电解质改性钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电极材料领域，公开了一种固态电解质改性钛酸锂负极材料及其制备方法，该钛酸锂负极材料的微观形貌为：二次颗粒呈现球状，粒径为5‑20μm，该二次颗粒由晶粒大小为20‑200 nm的一次颗粒组成；该钛酸锂负极材料中的钛酸锂颗粒表面附着含氟氧化物和氟化物组成的锂离子固态电解质，锂离子固态电解质的质量分数为0.1‑3%；其制备方法为：将一种或多种含氟的锂电池电解液、二氧化钛和锂盐经两次砂磨、两次喷雾造粒和两次固相煅烧制得。制得的钛酸锂负极材料振实密度达到1.3 g/cm³以上，pH值8‑10，并具有较好的倍率性能，5C放电容量达到135 mAh g^‑1以上。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，特别涉及一种固态电解质改性钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

伴随着我国在光伏储能、航空、航天、石油和天然气钻井、军工领域的飞速发展，研发新型的储能器件在极端环境下稳定长期运行变得日趋紧迫，所开发的储能器件比铅酸电池和普通锂电池具有更宽的工作温度区间，将成为了最有可能的候选者。钛酸锂电池以其服役温度区间宽、可-40℃低温充放电、循环寿命长、高安全性能等先天性优势，越来越受到市场的青睐。钛酸锂电池中最核心的材料是其钛酸锂负极材料，直接决定了器件的电化学性能。然而，钛酸锂材料在工业化生产的过程中遇到了诸多的问题，如不易煅烧成纯相、杂相较多，导致材料的循环和倍率性能不佳；表面碱性过强，导致浆料成果冻状，可加工性能差，造成后续涂布工艺不稳定，极片外观和质量差。如何进一步改善工业化生产的钛酸锂材料的性能，开发成本低、可控性强的新的生产工艺，是钛酸锂电池研发与产业发展中亟待解决的关键问题之一。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种固态电解质改性钛酸锂负极材料及其制备方法，该钛酸锂负极材料的振实密度达到1.3 g/cm³以上，pH值在8-10，并具有较好的倍率性能，5C放电容量达到135 mAh g^-1以上，为0.1C下容量的95 %；生产制备过程中原料来源广泛，可以实现废物利用，制备方法简单，成本低廉，可工程化放大，并能够实现连续化生产。

技术方案：本发明提供了一种固态电解质改性钛酸锂负极材料，该钛酸锂负极材料的微观形貌为：二次颗粒呈现球状，粒径为5-20 μm，该二次颗粒由晶粒大小为20-200 nm的一次颗粒组成；该钛酸锂负极材料中的钛酸锂颗粒表面附着有含氟氧化物和氟化物组成的锂离子固态电解质，所述锂离子固态电解质的质量分数为0.1-3%

本发明还提供了一种固态电解质改性钛酸锂负极材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将二氧化钛粉体、锂盐和去离子水混合，对混合物进行一次砂磨制备成悬浊液A；S2：将所述悬浊液A制备成前驱体B；S3：对所述前驱体B进行一次煅烧制备成一次煅烧粉体C；S4：将所述一次煅烧粉体C和去离子水混合搅拌均匀，并向其中滴加含氟的锂电池电解液，滴加过程中温度不超过25℃；然后进行二次砂磨，制备成悬浊液D；S5：将所述悬浊液D制备成前驱体E；S6：对所述前驱体E进行二次煅烧制备成二次煅烧粉体F，该二次煅烧粉体F即为所述固态电解质改性钛酸锂负极材料。

优选地，所述的含氟的锂电池电解液为过期或废旧锂电池电解液、回收锂电池中的电解液、锂电池电解液残次品或含水量较高的失效锂电池电解液。

优选地，所述悬浊液A中的固含量在5%-25%；和/或，所述悬浊液D的固含量为5%-25%。

优选地，在所述S2中，采用喷雾造粒法将所述悬浊液A制备成所述前驱体B；和/或，在所述S5中，采用喷雾造粒法将所述悬浊液D制备成所述前驱体E。

优选地，在所述S3中，所述一次煅烧的环境为：在温度为500-800℃的流动空气中煅烧8-15小时；和/或，在所述S6中，所述二次煅烧的环境为：在温度为500-800℃的流动空气中煅烧8-15小时。

优选地，在所述S4中，按照锂含量计算，滴加的所述含氟的锂电池电解液中锂含量为所述锂盐中锂含量的0.1-3%。