一种改性锂电池钛酸锂负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性钛酸锂负极材料的制备方法，一种改性钛酸锂负极材料的制备方法，原料按照重量份比例，包括以下工艺步骤：（1）钛酸锂的制备；（2）将钛酸锂、酚醛树脂、纳米锡粉混合成均匀浆体；（3）通过喷雾干燥，得到钛酸锂粉体；（4）将步骤（3）所得到的粉体与沥青粉体混合均匀；（5）将步骤（4）所得到的粉体在惰性气体的保护下，经过高温处理得到改性钛酸锂负极材料。本发明专利技术可以进通过固相法制备钛酸锂，具有工艺简单、制造成本低、制成周期短等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，具体来说是一种改性锂电池钛 酸锂负极材料的制备方法。
技术介绍
目前已广泛应用于移动电话、笔记本电脑等电子产品中的锂离子电池具有比能量 大、比功率高、自放电小、循环特性好以及可快速充电且效率高、工作温度范围宽、无环境污 染等优点，目前市场上所用锂离子电池，基本都是以碳材料为负极，但是碳材料为负极在实 际应用中还有一些难以克服的弱点，例如，首次放电过程中与电解液发生反应形成表面钝 化膜，导致电解液的消耗和首次库伦效率较低；碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电 池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，从而可能会引起短路，进而导致电池爆炸。为了解 决锂电池的安全问题，人们做了大量的研究。尖晶石Li4Ti5012作为一种新型的锂离子二 次电池负极材料，与其它商业化的材料相比，具有循环性能好、不与电解液反应、安全性能 高、充放电平台平稳等优点，是近几年来备受关注的最优异的锂离子电池负极材料之一。 与碳负电极材料相比，钛酸锂有很多的优势，其中，锂离子在钛酸锂中的脱嵌是可 逆的，而且锂离子在嵌入或脱出钛酸锂的过程中，其晶型不发生变化，体积变化小于1%，因 此被称为"零应变材料"，能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破 坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少了随循环次数增加而带来比容量大幅度的 衰减，具有比碳负极更优良的循环性能；但是，由于钛酸锂是一种绝缘材料，其电导率低，从 而导致在锂电中的应用存在倍率性能较差的问题，同时钛酸锂材料理论比容量为175mAh/ g，实际比容量大于160mAh/g，具有克容量较低等缺点，因此，对于钛酸锂进行改性是十分必 要的。 而锡是一种最有希望取代碳材料的负极材料，这是因为锡具有尚达994mAh/g的 高克比容量。近年来人们对这类材料开展了广泛的研究，并取得了一定的进展。但在可逆 储锂过程中，金属锡体积膨胀显著，导致循环性能变差，容量迅速衰减，因此难以满足大规 模生产的要求。为此，通过引入碳等非金属元素，以合金化或复合的方式来稳定金属锡，减 缓锡的体积膨胀。碳能够阻止锡颗粒间的直接接触，抑制锡颗粒的团聚和长大，起到缓冲层 的作用。 研究表明，小粒径的锡或其合金无论在容量上还是在循环性能上都有很大的提 高，当合金材料的颗粒达到纳米级时，充放电过程中的体积膨胀会大大减轻，性能也会有所 提高，但是纳米材料具有较大的表面能，容易发生团聚，反而会使充放电效率降低并加快容 量的衰减，从而抵消了纳米颗粒的优点。另外一种改善锡负极性能的研究趋势就是制备锡 与其它材料的复合材料或合金，其中，结合碳材料的稳定性和锡的高比容量特性而制备的 锡/碳复合材料显示了巨大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供， 以解决上述
技术介绍
中提出的问题。 为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现： ，原料按照重量份比例，包括以下工艺步 骤： (1) 按照n(Li):n(Ti) =0.84~0.87的比例称取锂盐、二氧化钛，用球磨机将两者进 行球磨混合4~10小时，然后将混合均匀的粉体在空气中，以5~10°C/min的速度升温至 700~850°C，再保温4~6h，然后自然冷却至室温，得到钛酸锂负极材料； (2) 将钛酸锂、酚醛树脂、纳米锡粉按照100 :5~20 :5~10,固含量为20%~40%的比 例，首先称取一定量的纳米锡粉放入酒精溶剂中，并超声分散，然后分别加入酚醛树脂和钛 酸锂，同时加入树脂量3%~5%的六次甲基四胺作为树脂固化剂，不断搅拌，混合成均匀浆 体； (3) 然后将步骤（2)混合均匀的浆体通过喷雾干燥，得到表面包裹有纳米锡和酚醛树脂 混合物的钛酸锂粉体； (4) 将步骤（3)所得到的粉体与沥青粉体按照100 :5~20的比例混合均匀，然后将粉 体在惰性气体的保护下，以1~5°C/min的速度升温至800~1000°C，再保温1~5h，自然 降温，冷却后过筛即得到高容量改性钛酸锂负极材料。 进一步，步骤（1)中所述的为锂盐为醋酸锂、硫酸锂、草酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中 的一种。 进一步，步骤（1)中所述的二氧化钛为锐钛型二氧化钛或金石型二氧化钛中的一 种。 进一步，步骤（2)中所述的纳米锡粉的粒径不大于100纳米。 进一步，步骤（3)中喷雾干燥的热空气的进口温度为150°C~200°C，出口温度为 40°C~70°C。 进一步，步骤（4)所述的沥青粉体包括由煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥 青、由沥青改质而得到的缩合多环多核芳香烃中的一种或一种以上的混合物所制备的粉 体，软化点在100-280°C，平均粒径为2~5ym。 有益效果： (1) 通过固相法制备钛酸锂，具有工艺简单、制造成本低、制成周期短等优点； (2) 通过选用纳米锡粉，避免了锡粉因粒径较大而在充放电时产生的体积效应，保证了 材料的在充放电过程中的稳定性，同时和钛酸锂进行复合包覆处理，解决了单一钛酸锂负 极材料容量偏低等缺点； (3) 树脂在热处理过程中，树脂内的小分子过多，在溢出过程中会造成包覆后材料的表 面产生过多的空隙，这些空隙可以起到缓冲锡粉的体积效应，保证材料体系的稳定； (4)通过最后用沥青对材料进行二次包覆，降低了材料的比表面积，提高了材料的首 次充放电效率； (5) 通过在前面步骤添加树脂固化剂一一六次甲基四胺，让树脂在喷雾干燥步骤中受 热固化，因此不会因为第二次受热而熔化，避免了后期又因添加沥青而导致高温烧结后结 块严重的问题。【具体实施方式】 为了使本专利技术的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明 白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。 实施例1 按照n(Li):n(Ti) =0. 84,称取1000g碳酸锂和2572g二氧化钛，放入球磨机进行球 磨混合8h后，将混合均匀的粉体在空气中，以10°C/min的速度升温至800°C，再保温4h， 然后自然冷却至室温，得到钛酸锂负极材料；将上述的钛酸锂粉体称取2000g，按照将钛酸 锂、酚醛树脂、纳米锡粉按照100 :1〇 :5,固含量为30%的比例，称取100g的纳米锡粉放入 5366g的酒精溶剂中，并超声分散，然后分别加入200g的酚醛树脂和钛酸锂，同时加入树脂 量3%的六次甲基四胺6g，不断搅拌，混合成均匀浆体当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性锂电池钛酸锂负极材料的制备方法，原料按照重量份比例，其特征在于，包括以下工艺步骤：（1）按照n（Li）：n（Ti）=0.84～0.87的比例称取锂盐、二氧化钛，用球磨机将两者进行球磨混合4～10小时，然后将混合均匀的粉体在空气中，以5～10℃/min的速度升温至700～850℃，再保温4～6h，然后自然冷却至室温，得到钛酸锂负极材料；（2）将钛酸锂、酚醛树脂、纳米锡粉按照100：5～20：5～10，固含量为20%～40%的比例，首先称取一定量的纳米锡粉放入酒精溶剂中，并超声分散，然后分别加入酚醛树脂和钛酸锂，同时加入树脂量3%～5%的六次甲基四胺作为树脂固化剂，不断搅拌，混合成均匀浆体；（3）然后将步骤（2）混合均匀的浆体通过喷雾干燥，得到表面包裹有纳米锡和酚醛树脂混合物的钛酸锂粉体；（4）将步骤（3）所得到的粉体与沥青粉体按照100：5～20的比例混合均匀，然后将粉体在惰性气体的保护下，以1～5℃/min的速度升温至800～1000℃，再保温1～5h，自然降温，冷却后过筛即得到改性钛酸锂负极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田东，
申请(专利权)人：田东，
类型：发明
国别省市：广东;44