[发明专利]改性钛酸锂材料、其制备方法及应用在审

专利信息
申请号: 202011541660.2 申请日: 2020-12-23
公开(公告)号: CN112652752A 公开(公告)日: 2021-04-13
发明(设计)人: 彭辰波;韩校卫;雷磊 申请(专利权)人: 北方奥钛纳米技术有限公司;银隆新能源股份有限公司
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/485;H01M10/0525;C01G23/00
代理公司: 北京博浩百睿知识产权代理有限责任公司 11134 代理人: 宋子良
地址: 056399 河北*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 改性 钛酸锂 材料 制备 方法 应用
【说明书】:

发明提供了一种改性钛酸锂材料、其制备方法及应用。该改性钛酸锂材料,其包括片状钛酸锂和球状掺杂型钛酸锂,球状掺杂型钛酸锂的结构式为Li4Ti(5‑x)MxO12,其中M为C和/或Zr,x为0.05~0.2。本发明在不改变钛酸锂材料其他优点的前提下,有效改善了其能量密度,并提高了电池容量和倍率性能,同时,该改性钛酸锂材料还兼具了更好的低温性能,并具有相对较低的成本,使其能够满足商业应用的要求。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域,具体而言,涉及一种改性钛酸锂材料、其制备方法及应用。

背景技术

钛酸锂材料因为其优异的电池性能而备受关注,其具有高倍率充放电性能、高安全性能、长循环寿命的特点,同时其耐低温性能、耐高温性能也较好,非常适宜作为锂离子电池负极材料。然而,目前钛酸锂材料多为球状微观形貌的纯相钛酸锂材料。在电池制备过程中,作为负极材料的球状钛酸锂材料之间会有空隙无法被填补,涂布完成后的压实密度偏低,电池的能量密度也会相应偏低,而且纯相的钛酸锂材料,电子导电率较低,材料比容量受限。

总之,目前以钛酸锂材料作为锂离子电池负极材料,存在倍率性能差等缺点,限制了其在商业上的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种改性钛酸锂材料、其制备方法及应用,以解决现有技术中以钛酸锂材料作为锂离子电池负极材料时倍率性能差等问题。

为了实现上述目的,根据本发明的一个方面,提供了一种改性钛酸锂材料,其包括片状钛酸锂和球状掺杂型钛酸锂,球状掺杂型钛酸锂的结构式为Li4Ti(5-x)MxO12,其中M为C和/或Zr,x为0.05~0.2。

进一步地,片状钛酸锂的厚度为30~70nm;球状掺杂型钛酸锂的粒径为D99<40μm。

进一步地,片状钛酸锂和球状掺杂型钛酸锂的重量比为3:7~5:5。

根据本发明的另一方面,还提供了一种改性钛酸锂材料的制备方法,其包括以下步骤:将片状钛酸锂和球状掺杂型钛酸锂混合、烧结,得到改性钛酸锂材料;掺杂型钛酸锂的结构式为Li4Ti(5-x)MxO12,其中M为C和/或Zr,x为0.05~0.2。

进一步地,还包括制备片状钛酸锂的步骤,其包括:按化学计量比称取第一钛源和第一锂源;将第一钛源和第一锂源加入至水热剂中制成第一浆料,并对第一浆料进行湿法球磨,得到球磨浆料;将球磨浆料进行水热反应后,去除水热剂,得到前驱体;将前驱体进行第一焙烧,得到片状钛酸锂。

进一步地,第一钛源选自钛酸丁酯、二氧化钛、氢氧化钛、异丙醇钛中的一种或多种;优选地,第一锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的一种或多种;优选地,水热剂选自乙二醇、甲醇、水、柠檬酸中的一种或多种。

进一步地,第一浆料中第一钛源和第一锂源的总浓度为10~35wt%;优选地,湿法球磨过程中的球磨时间为3~10h;优选地,水热反应过程中的反应温度为100~200℃,反应压力为1~2MPa,反应时间为4~8h;优选地,第一焙烧过程中的焙烧温度为600~1000℃。

进一步地,制备方法还包括制备球状掺杂型钛酸锂的步骤,其包括:按化学计量比称取第二钛源、第二锂源,并称取碳源和/或锆源,得到混合物;将混合物与水混合,得到第二浆料;将第二浆料进行喷雾干燥,得到球状前驱体;对球状前驱体进行第二焙烧,得到球状掺杂型钛酸锂。

进一步地,第二钛源选自钛酸丁酯、二氧化钛、氢氧化钛、异丙醇钛中的一种或多种;优选地,第二锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂中的一种或多种;优选地,碳源选自葡萄糖、沥青、多孔碳、纤维素、蔗糖中的一种或多种;优选地,锆源选自硝酸锆、硫酸锆、氯化锆中的一种或多种。

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