锂电池电极材料的制备方法技术

一种锂电池电极材料的制备方法，其包括：提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为4∶5至4.5∶5的比例均匀混合以制得一溶胶；提供一碳源化合物，将所述溶胶与该碳源化合物均匀混合，形成一混合溶胶；喷雾干燥上述混合溶胶获得前驱体颗粒；热处理该前驱体颗粒，从而获得锂电池电极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种钛酸锂电极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)作为新型储能电池的电极材料日益受到重视，这是因为尖晶石型钛酸锂在锂离子嵌入-脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，锂离子嵌入前后都为尖晶石结构，且晶格常数变化很小，同时体积变化很小，所以钛酸锂被称为“零应变”电极材料。这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，减少了随循环次数的增加而带来比容量幅度的衰减，使钛酸锂具有优异的循环性能。然而钛酸锂材料自身相对于锰酸锂等材料具有电导率较低，倍率性能较差，且振实密度较低的特点。为解决这一问题，人们通常采用的方法有制备纳米钛酸锂颗粒以减小锂离子扩散路径，增加电化学反应的表面积；在钛酸锂粉末间混入较多的导电碳材料；进行离子掺杂等。徐宁等人于2009年3月4日公开的第CN101378119号中国专利技术专利申请公布说明书中揭示了一种碳包覆型复合钛酸锂的制备方法，该方法具体为将具有一定体积比的锂盐和二氧化钛混合，向该混合物中加入分散剂并用球磨法充分混合，之后将球磨后的产物真空烘干制得前驱体；将制备的前驱体在一定温度下焙烧一定时间，制得钛酸锂；通过浸渍蒸干法将一碳源物质包覆在制得的钛酸锂表面；热处理该包覆有碳源物质的钛酸锂，从而获得碳包覆型复合钛酸锂。该种制备方法通过碳包覆材料的热解反应在钛酸锂表面直接形成化学包覆碳，这种包覆碳与钛酸锂材料表面接触更牢固紧密，从而可以大大改善材料的电子导电能力，有效提高材料的倍率充放电性能。然而，上述方法采用球磨的方式使锂盐和二氧化钛固相混合形成前驱体，得到的前驱体仅为两种原料粉体的均勻混合，从而导致最终产物碳包覆型复合钛酸锂的形貌不规则，粒径分布不均勻，且振实密度较低，流动性及可加工性较差。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种，通过该制备方法可获得具有规则形貌、粒径分布均勻且振实密度较高的钛酸锂电极材料的球形颗粒。一种，其包括提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为4 5至4. 5 5的比例均勻混合以制得一溶胶；提供一碳源化合物，将所述溶胶与该碳源化合物均勻混合，形成一混合溶胶；喷雾干燥上述混合溶胶获得前驱体颗粒；热处理该前驱体颗粒，从而获得锂电池电极材料。一种，其包括提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为4 5至4. 5 5的比例均勻混合以制得一溶胶；喷雾干燥上述溶胶获得多个前驱体颗粒；热处理上述前驱体颗粒，从而制备获得多个二次钛酸锂颗粒；提供一碳源化合物溶液，将所获得的多个二次钛酸锂颗粒均勻分散于该碳源化合物溶液中形成一混合液；去除混合液中的溶剂，并裂解所述碳源化合物，从而获得一复合钛酸锂电极材料。一种，其包括提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为4 5至4. 5 5的比例均勻混合以制得一溶胶；喷雾干燥上述溶胶获得多个前驱体颗粒；以及热处理上述前驱体颗粒，从而制备获得多个二次钛酸锂颗粒。与现有技术相比，本方法通过液固混合得到溶胶，并通过喷雾干燥获得前驱体颗粒，该前驱体颗粒呈球形，具有比表面积小、粒径小、粒径分布较为均勻及颗粒形貌较为规则等特点，从而使得最终获得的钛酸锂电极材料具有较高的振实密度，较好的流动性及可加工性。附图说明图1为本专利技术第一实施例的流程图。图2为本专利技术第一实施例制备的前驱体颗粒的结构示意图。图3为本专利技术第一实施例制备的复合钛酸锂电极材料结构示意图。图4为采用本专利技术第一实施例制备的复合钛酸锂电极材料作为负极的电池在不同倍率下首次充放电的比容量测试曲线图。图5为采用本专利技术第一实施例制备的复合钛酸锂电极材料作为负极的电池在不同倍率下循环性能测试曲线图。图6为本专利技术第二实施例的流程图。图7为本专利技术第二实施例制备的前驱体颗粒的结构示意图。主要元件符号说明复合钛酸锂电极材料 10前驱体颗粒100，200氢氧化锂颗粒102，202二氧化钛颗粒104，204蔗糖颗粒106钛酸锂颗粒108碳层110具体实施例方式以下将结合附图详细说明本专利技术实施例。请参阅图1、图2及图3，本专利技术第一实施例提供一种复合钛酸锂电极材料的制备方法。该方法包括以下步骤步骤一，提供锂源溶液和钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比(Li Ti)为4 5至4.5 5的比例均勻混合以制得一溶胶；步骤二，提供一碳源化合物，将所述溶胶与该碳源化合物均勻混合，形成一混合溶胶；步骤三，喷雾干燥上述混合溶胶获得前驱体颗粒100 ；步骤四，热处理该前驱体颗粒100，从而获得复合钛酸锂电极材料10。以下将对上述各步骤进行具体描述。在步骤一中，所述锂源溶液是由锂盐或氢氧化锂(Li(OH))溶解于一溶剂中形成的。该锂盐可为碳酸锂、硫酸锂、硝酸锂或氯化锂等，且并不限于该所列举的几种。所述溶剂可为水、乙醇或丙酮等。该锂盐优选为可溶于水的锂盐，该溶剂优选为水，且该水优选为去离子水或蒸馏水，从而避免引入其它杂质元素。所述钛源颗粒不溶于所述溶剂，该钛源颗粒的粒径范围为20纳米 100微米，优选为50纳米 50微米。所述钛源颗粒的粒径越小越有利于形成一均勻的溶胶。该钛源颗粒可为不溶于水的二氧化钛(TiO2)颗粒、水合二氧化钛(TiO2 · XH2O)颗粒或羟基氧化钛 (TiO(OH)2)颗粒等。若所述钛源颗粒为羟基氧化钛颗粒，则该羟基氧化钛颗粒的制备方法可以为提供一可溶性钛盐和氨水，并将该氨水加入到该钛盐中，从而使该氨水与该钛盐发生反应形成羟基氧化钛沉淀；以及用水洗涤该羟基氧化钛沉淀。上述方法可通过反应的同时不断搅拌得到粒径较小的羟基氧化钛颗粒。该可溶性钛盐可为四氯化钛(TiCl4)或硫酸氧钛(TiOSO4)等，该氨水的加入量以将所述可溶性钛盐中的钛全部沉淀出为准，且可适当过量，所述洗涤该羟基氧化钛沉淀的目的为洗去一些残余离子，如氯离子(Cl—)、硫酸根离子(SO/—)等，从而防止这些残余离子影响最终获得的复合钛酸锂电极材料的电化学性能。本实施例中，该锂源溶液为0. 5mol/L 3mol/L的氢氧化锂的水溶液，该钛源颗粒为按照锂元素与钛元素摩尔比为4 5的比例称取的具有50纳米粒径的二氧化钛颗粒。为形成一均勻的溶胶，可进一步搅拌上述由氢氧化锂溶液和二氧化钛颗粒所形成的混合液，该搅拌的具体方式不限，可为机械搅拌、磁力搅拌或超声分散等。在步骤二中，所述碳源化合物的量可按照碳元素与钛元素摩尔比(C Ti)为 0.1 1至2 1的比例提供，所述碳源化合物优选为可溶于上述锂源溶液中的溶剂的还原性有机化合物，该类有机化合物均可裂解成碳。所述碳源化合物可为蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚乙二醇或聚乙烯醇等。本实施例中，该碳源化合物为蔗糖。此外，该步骤可进一步向所述混合溶胶中加入一表面改性剂，该表面改性剂的质量为所加入的碳源化合物的质量的0. 01 % 0. 1 %，该表面改性剂为一种水包油型乳化剂，其可使上述溶胶中包含的钛源颗粒发生表面改性，从而使该钛源颗粒、锂盐或氢氧化锂、及所加入的碳源化合物三者实现均勻混合。优选地，该表面改性剂可为吐温80或司班 80等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂电池电极材料的制备方法，其包括：提供一锂源溶液和一钛源颗粒，将该锂源溶液和该钛源颗粒按锂元素与钛元素摩尔比为４∶５至４．５∶５的比例均匀混合以制得一溶胶；提供一碳源化合物，将所述溶胶与该碳源化合物均匀混合，形成一混合溶胶；喷雾干燥上述混合溶胶获得前驱体颗粒；热处理该前驱体颗粒，从而获得锂电池电极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高剑，何向明，李建军，蒲薇华，任建国，王莉，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11