高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法及负极材料与应用技术

本发明专利技术公开了一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法及负极材料与应用，制备包括以下步骤：将1.4％～1.6％LiOH·H2O和98.6％～98.4％钛的化合物混合于溶剂中，经过水热反应、抽滤、干燥和研磨后得到复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。相比于钛酸锂(Li4Ti5O12)，该负极材料能够明显提高锂离子电池的充电功率和可逆容量，具有较好的安全性能。本方法制备工艺简单，对环境氛围要求低，可应用于高功率锂离子动力电池的负极材料，易于工业化生产。

Preparation and Application of Anode Materials for High Power Lithium Ion Power Batteries

【技术实现步骤摘要】
高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法及负极材料与应用
本专利技术属于高功率动力电池负极材料领域，具体涉及一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法及负极材料与应用。
技术介绍
随着我国新能源事业的蓬勃发展，锂离子电池由于其高能量密度和较长的循环寿命等优点已成为电动汽车和大型储能设备的电池系统首选。近年来，随着锂电池应用市场的不断发展，客户端对锂离子电池性能的要求也在不断提升，尤其是动力电池的安全性能和功率性能方面，因此电池材料就成为了制约上述性能的关键。目前最常用的负极材料主要是石墨，此外硅碳也是目前追求高能量密度动力电池通常选择的负极材料。石墨作为负极材料，锂离子在石墨层间扩散系数小，嵌锂电位较低，在高功率充电情况下极易出现锂，在电极表面沉积，析锂严重情况下会形成锂枝晶，导致电池的不可逆容量增加和安全隐患加剧。而对于硅碳负极，由于嵌锂之后的巨大体积效应，会导致极片膨胀，目前没有一种行之有效的方法来束缚体积膨胀。具有尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)在脱嵌锂过程体积几乎不发生变化，被称为零应变材料，并且有较高理论嵌锂电位1.55V(Li+/Li)，在高功率充电情况下不会出现析锂问题，安全性大大提高，但是钛酸锂(Li4Ti5O12)的锂离子扩散能力较差限制了在负极材料领域的应用，其本征电导率仅为10-9s/cm，并且材料在大电流密度下的功率特性表现优异。充电功率密度达到2000W/Kg，可逆容量为120mAh/g。专利技术专利CN109449433A公布了一种稀土掺杂钛酸锂超薄纳米片负极材料的制备方法，具体为将LiOH·H2O、钛酸四丁酯和LaCl3或CeCl3中的一种，经过热反应、干燥和研磨后得到稀土元素M(La或Ce)掺杂钛酸锂的纳米片负极材料Li4Ti5-xMxO12，制备的负极材料在大电流密度下仍具有优异的容量性能、循环性能和倍率性能。专利技术专利CN106847543A公布了一种纳米Li4Ti5O12/Li2TiO3复合电极材料及其制备方法，该复合材料是由质量分数为5-25％的Li2TiO3和75-95％Li4Ti5O12组成，但是该制备过程中反应原料较多，制备繁琐，反应条件复杂不利于工业化的生产。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法及其负极材料。制备复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料，相比于钛酸锂(Li4Ti5O12)，该负极材料能够明显提高锂离子电池的充电功率和可逆容量，具有较好的安全性能，该方法制备简单，对环境氛围要求低，可应用于高功率锂离子动力电池的负极材料。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将1.4％～1.6％LiOH·H2O和98.6％～98.4％钛的化合物混合，溶于醇溶剂和去离子水中，搅拌3～5h得到混合均匀的白色乳浊液。S2、将步骤S1得到的乳浊液转移至水热反应釜中，将反应釜放入150℃±10℃的恒温烘箱中反应36～48h，自然冷却至室温后将热反应釜中的乳浊液通过抽滤得到反应物。S3、将步骤S2得到的反应物在70℃±5℃的条件下干燥，然后进行研磨得到复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。进一步地，所述步骤S1中的钛的化合物为钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯、钛的氯化物中的一种或几种的混合。进一步地，所述步骤S1中的醇溶液为乙醇，异丙醇，叔丁醇中的一种或几种的混合。进一步地，所述步骤S2中水热反应釜中乳浊液的的体积站容器体积的70％。进一步地，所述步骤S3中Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料中Li2TiO3的比例为2％～10％。进一步地，所述步骤S3中负极材料为纳米层状结构，片层厚度为4～10nm。根据上述方法制备的的高功率锂离子动力电池负极材料，其中负极材料为复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。根据上述方法制备的高功率锂离子动力电池负极材料在锂离子电池中的应用。本专利技术的主要过程是将LiOH·H2O和钛的化合物混合，进过热反应、抽滤、干燥和研磨后制备得到复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。本专利技术的有益效果如下：(1)现有技术中采用了将锂源溶于乙醇中得到溶液A，将钛源溶于有机溶剂中并加入表面活性剂得到溶液B，然后将A和B进行离心分散后进行干燥煅烧，煅烧温度达到750-900℃，得到质量分数为5-25％Li2TiO3的Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料，而本专利技术中是将LiOH·H2O和钛源溶于乙醇溶液中，通过热反应、抽滤、干燥和研磨后制备得到质量分数为2-10％Li2TiO3的复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。与现有技术相比，本专利技术制备简单，不需要添加有机溶剂和表面活性剂即可完成反应，对环境氛围要求低，反应条件简单易实现，更加利于工业化生产，节省能源。(2)本专利技术中制备的复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3检测后显示特征峰较为尖锐、无杂峰，说明其晶型结构较好，结晶度高，结构稳定。复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料在循环过程中体积变化较小，相比Li4Ti5O12负极材料为其体积变化的30％以下，少量的Li2TiO3包覆在Li4Ti5O12表面可以提升材料的本征电导率15％～30％，改善材料在大电流密度下的高功率特性。制备过程中Li2TiO3是Li4Ti5O12反应的副产物，因此其成本低廉，工艺简单。附图说明图1为实施例1制备的Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料700℃热处理后X射线衍射(XRD)图谱；图2为两种扣式电池的交流阻抗(EIS)测试图谱；图3为两种扣式电池倍率及循环性能曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。实施例1一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：将0.075gLiOH·H2O、4.925g钛酸四丁酯和40ml乙醇，倒入100ml烧杯内，将烧杯放置于磁力搅拌器上，再加入50ml去离子水，搅拌4h得到得到混合均匀的白色乳浊液。步骤S2：将步骤S1得到的乳浊液转移至水热反应釜中，将反应釜置于鼓风干燥箱内150℃保温48小时，自然冷却至室温后将热反应釜中的乳浊液在抽滤的条件下使用无水乙醇洗涤至中性，得到钛酸锂负极材料前驱体。步骤S3：将步骤S2得到的钛酸锂负极材料前驱体置于鼓风干燥箱内70℃条件下干燥，然后进行研磨得到复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料，其中Li2TiO3在Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料比例为4％。实施例2步骤S1：将0.07gLiOH·H2O、4.92g钛酸四丁酯和40ml乙醇，倒入100ml烧杯内，将烧杯放置于磁力搅拌器上，再加入50ml去离子水，搅拌4h得到得到混合均匀的白色乳浊液。步骤S2：将步骤S1得到的乳浊液转移至水热反应釜中，将反应釜置于鼓风干燥箱内150℃保温40小时，自然冷却至室温后将热反应釜中的乳浊液在抽滤的条件下使用无水乙醇洗涤至中性，得到钛酸锂负极材料前驱体。步骤S3：将步骤S2得到的钛酸锂负极材料前驱体置于鼓风干燥箱内70℃条件下干燥，然后进行研磨得到复合相L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将1.4％～1.6％LiOH·H2O和98.6％～98.4％钛的化合物混合，溶于醇溶剂和去离子水中，搅拌3～5h得到混合均匀的白色乳浊液；S2、将步骤S1得到的乳浊液转移至水热反应釜中，将反应釜放入150℃±10℃的恒温烘箱中反应36～48h，自然冷却至室温后将热反应釜中的乳浊液通过抽滤得到反应物；S3、将步骤S2得到的反应物在70℃±5℃的条件下干燥，然后进行研磨得到复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将1.4％～1.6％LiOH·H2O和98.6％～98.4％钛的化合物混合，溶于醇溶剂和去离子水中，搅拌3～5h得到混合均匀的白色乳浊液；S2、将步骤S1得到的乳浊液转移至水热反应釜中，将反应釜放入150℃±10℃的恒温烘箱中反应36～48h，自然冷却至室温后将热反应釜中的乳浊液通过抽滤得到反应物；S3、将步骤S2得到的反应物在70℃±5℃的条件下干燥，然后进行研磨得到复合相Li4Ti5O12/Li2TiO3负极材料。2.根据权利要求1所述的高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的钛的化合物为钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯、钛的氯化物中的一种或几种的混合。3.根据权利要求1所述的高功率锂离子动力电池负极材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军飞，李东剑，秦蒙，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43