制备改性钛酸锂复合材料的方法及改性钛酸锂复合材料技术

本发明专利技术提供了一种制备改性钛酸锂复合材料的方法及改性钛酸锂复合材料，方法包括：将钛源、锂源、过渡金属源和快锂离子导体源采用湿法混合后进行球磨和干燥；将干燥后所得的混合物进行煅烧，得到包括钛酸锂、过渡金属氧化物和快锂离子导体的改性钛酸锂复合材料。采用本申请的技术方案，有效地解决了现有技术中的由于作为负极材料的钛酸锂的比容量低导致的锂离子电池能量密度低的问题。锂离子电池能量密度低的问题。锂离子电池能量密度低的问题。

【技术实现步骤摘要】
制备改性钛酸锂复合材料的方法及改性钛酸锂复合材料


[0001]本专利技术涉及改性钛酸锂材料制备
，具体而言，涉及一种制备改性钛酸锂复合材料的方法及改性钛酸锂复合材料。

技术介绍

[0002]钛酸锂具有高的嵌锂电位、不生成锂枝晶的特点，并且充电和放电状态热稳定性高，因此作为锂离子电池的负极材料，具有优异的安全性。此外，钛酸锂负极材料在充放电过程体积基本不发生变化，被称为“零应变”材料，且不形成SEI膜，循环寿命可达万次以上。钛酸锂还具有快充和全天候（
‑
40
°
C~60
°
C）工作优势，尤其是在低温的环境下工作，钛酸锂电池比常规的采用石墨负极的锂离子电池表现出更优的充放电性能。这主要是由于钛酸锂材料相较于石墨负极具有高离子扩散系数，25℃时锂离子在钛酸锂中的扩散系数为2*10
‑
8 cm/s，比石墨高出一个等级，因此锂离子在钛酸锂材料较易嵌入和脱嵌。但钛酸锂材料理论比容量为 175 mAh/ g，实际比容量大于160mAh/g，具有克比容量低的缺点。
[0003]当前锂离子电池主要往高能量密度方向发展，作为锂离子电池的负极材料的钛酸锂限制了锂离子电池的能量密度。
[0004]针对现有技术中的由于作为负极材料的钛酸锂的比容量低导致的锂离子电池能量密度低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种制备改性钛酸锂复合材料的方法及改性钛酸锂复合材料，以解决现有技术中的由于作为负极材料的钛酸锂的比容量低导致的锂离子电池能量密度低的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种制备改性钛酸锂复合材料的方法，包括：将钛源、锂源、过渡金属源和快锂离子导体源采用湿法混合后进行球磨和干燥；将干燥后所得的混合物进行煅烧，得到包括钛酸锂、过渡金属氧化物和快锂离子导体的改性钛酸锂复合材料。
[0007]进一步地，煅烧步骤包括：将干燥后所得的混合物进行一次煅烧，使钛源与锂源发生化学反应、过渡金属源与氧气发生化学反应以及快锂离子导体源与锂源发生化学反应，得到包括钛酸锂、过渡金属氧化物和快锂离子导体的前驱体；将前驱体与碳前驱体混合后进行二次煅烧、过筛，得到改性钛酸锂复合材料。
[0008]进一步地，在一次煅烧和二次煅烧步骤之间，方法还包括：将一次煅烧后得到的产物依次进行球磨、干燥。
[0009]进一步地，快锂离子导体源为铝源，优选铝源为六水氯化铝、结晶水硝酸铝、硫酸铝、醋酸铝、柠檬酸铝、氧化铝、氢氧化铝、勃姆石中的一种或多种。
[0010]进一步地，钛源为二氧化钛、四氯化钛、氢氧化钛、偏钛酸、钛酸四丁酯、硫酸氧化钛、钛酸四乙酯、钛酸异丙酯中的一种或多种。
[0011]进一步地，锂源为氯化锂、草酸锂、硝酸锂、碳酸锂、醋酸锂、一水氢氧化锂、氟化锂中的一种或多种。
[0012]进一步地，过渡金属源中的过渡金属元素选自铁元素、铜元素、镍元素、锰元素中的一种或多种；优选过渡金属源为氧化铁、氢氧化铁、四氧化三铁、氧化铜、氢氧化铜、氧化镍、氢氧化镍、一氧化锰、氢氧化锰、醋酸铁、醋酸铜、醋酸镍、醋酸锰中的一种或多种。
[0013]进一步地，碳前驱体为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂、密胺甲醛树脂、环氧树脂、沥青、不饱和聚酯树脂、聚氨酯中的一种或多种。
[0014]进一步地，钛源的粉体、快锂离子导体源的粉体、过渡金属源的粉体的一次粒子直径均小于200nm。
[0015]根据本专利技术的一个方面，提供了一种改性钛酸锂复合材料，由上述的制备方法制备得到；优选地，改性钛酸锂复合材料中，过渡金属氧化物的质量为钛酸锂的质量的5
‑
50%，快锂离子导体的质量为钛酸锂的质量的0.5
‑
10%。
[0016]应用本专利技术的技术方案，通过将钛源、锂源、过渡金属源和快锂离子导体源采用湿法混合后进行球磨和干燥，以及将干燥后所得的混合物进行煅烧，也即在钛酸锂的制备过程中添加过渡金属源和快锂离子导体源，使得形成的改性复合材料具有高的比容量，进而提高了钛酸锂负极材料的能量密度，快锂离子导体源与锂源在煅烧过程中形成快锂离子导体，可加快改性钛酸锂复合材料的锂离子电导率，同时，改性钛酸锂复合材料中的过渡金属氧化物和快锂离子导体能够限制限制钛酸锂的结晶长大，缩短锂离子的迁移距离，进一步提高了钛酸锂复合材料的锂离子电导率。采用本申请的技术方案，有效地解决了现有技术中的由于作为负极材料的钛酸锂的比容量低导致的锂离子电池能量密度低的问题。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的制备改性钛酸锂复合材料的方法的实施例的流程示意图。
具体实施方式
[0018]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0019]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0020]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不
必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0021]现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
[0022]锂离子电池是指以锂离子为反应活性物质的可充式电池，当电池放电到终止电压后能够再充电，以恢复到放电前的状态。锂离子电池通过涂布在电极上的活性材料存储和释放锂离子，即通过锂离子在电极活性材料上的脱嵌来储存电能。锂离子电池的本质实际上是利用锂离子的浓度差进行储能和放电，电池中不存在金属锂，具有较高的安全性。因此各类企业对锂离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备改性钛酸锂复合材料的方法，其特征在于，包括：将钛源、锂源、过渡金属源和快锂离子导体源采用湿法混合后进行球磨和干燥；将干燥后所得的混合物进行煅烧，得到包括钛酸锂、过渡金属氧化物和快锂离子导体的改性钛酸锂复合材料。2.根据权利要求1所述的制备改性钛酸锂复合材料的方法，其特征在于，所述煅烧步骤包括：将干燥后所得的所述混合物进行一次煅烧，使所述钛源与所述锂源发生化学反应、所述过渡金属源与氧气发生化学反应以及所述快锂离子导体源与所述锂源发生化学反应，得到包括所述钛酸锂、所述过渡金属氧化物和所述快锂离子导体的前驱体；将所述前驱体与碳前驱体混合后进行二次煅烧、过筛，得到所述改性钛酸锂复合材料。3.根据权利要求2所述的制备改性钛酸锂复合材料的方法，其特征在于，在所述一次煅烧和所述二次煅烧步骤之间，所述方法还包括：将所述一次煅烧后得到的产物依次进行球磨、干燥。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的制备改性钛酸锂复合材料的方法，其特征在于，所述快锂离子导体源为铝源，优选所述铝源为六水氯化铝、结晶水硝酸铝、硫酸铝、醋酸铝、柠檬酸铝、氧化铝、氢氧化铝、勃姆石中的一种或多种。5.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的制备改性钛酸锂复合材料的方法，其特征在于，所述钛源为二氧化钛、四氯化钛、氢氧化钛、偏钛酸、钛酸四丁酯、硫酸氧化钛、钛酸四乙酯、钛酸异丙酯中的一种或多种。6.根据权利要求1
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3中任一项所述的制备改性钛酸锂复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋世用，钟宽，康宗维，詹世英，李海军，丁坤鹏，
申请(专利权)人：格力钛新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：