高碾压密度钛酸锂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高碾压密度钛酸锂的制备方法，包括以下步骤：按照锂和钛的摩尔比为0.8～0.9：1称取锂盐和钛酸丁酯，再按照质量比去离子水：（钛酸丁酯+锂盐）=（1～5）:1称取去离子水，将上述物质混合均匀、干燥后再在700～1000℃条件下一次焙烧8～24h；然后向其中加入炭黑和粘结剂，放入碾磨机混合均匀并排除颗粒间间隙后，放入造粒机中进行压片和造粒；再在惰性气体保护氛围下，在400～1000℃条件下二次焙烧4～8h，再依次进行颚式粉碎、对辊粉碎和气流粉碎，最终即可得到兼具高碾压密度、优良电性能的钛酸锂材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括以下步骤：按照锂和钛的摩尔比为0.8～0.9：1称取锂盐和钛酸丁酯，再按照质量比去离子水：（钛酸丁酯+锂盐）=（1～5）:1称取去离子水，将上述物质混合均匀、干燥后再在700～1000℃条件下一次焙烧8～24h；然后向其中加入炭黑和粘结剂，放入碾磨机混合均匀并排除颗粒间间隙后，放入造粒机中进行压片和造粒；再在惰性气体保护氛围下，在400～1000℃条件下二次焙烧4～8h，再依次进行颚式粉碎、对辊粉碎和气流粉碎，最终即可得到兼具高碾压密度、优良电性能的钛酸锂材料。【专利说明】
本专利技术涉及锂离子二次电池负极材料领域，尤其涉及一种。
技术介绍
锂离子电池作为一种比能量高、绿色环保的新型二次化学电池，自面世以来就一直受到各方关注。随着近两三年来，锂离子电池新型材料和大容量制造技术的开发，使得锂离子动力电池在HEV的应用成为可能，也是目前各类型HEV电动系统研发的主流。尽管锂离子动力电池在HEV中的应用技术已取得很大进展，但新型的PHEV技术对锂离子动力电池的快速充电性能、倍率放电性能以及安全性能提出更高的要求，目前制约锂离子动力电池HEV商品化的主要障碍是:(一)充电时间长，尽管目前锂离子电池组的单次续航能力都已达到PHEV的要求(约65?200Km)，但由于受L1-C合金负极材料性能限制，其快速充电能力较差，再次充电时间一般需要3?9小时，难以令人满意；(二)电池组成本昂贵，以Volt，53KW输出功率锂离子电池组系统为例，约需10000?15000美金左右，丰田Prius II的50KW输出功率的电池组系统成本也至少在5000美金以上，这主要是由于:(I)目前锂离子电池组的安全性差，尽管目前高安全性磷酸铁锂正极材料的应用，有效提高了锂离子电池的安全性能，但现有的L1-C负极体系中由于存在活泼金属锂，同时由于受到用碳负极性能限制，锂离子电池必须使用低闪点的电解液体系，电池组在受热、过充以及受到外力积压的情况下容易发生鼓涨、起火和爆炸等危险情况，因而锂离子电池应用时不得不加入大量复杂的电源管理模块和其它辅助模块，以确保系统的安全性能，这是导致锂离子电池成本昂贵的主要原因；(2)现用的L1-C合金负极材料倍率充放电性能差，要维持HEV工作要求，锂离子电池不得不采用牺牲比能量的薄型设计或在锂离子电池回路中增加复杂的AC-DC电路模块，这一方面降低了锂离子动力电池系统的有效比能量，另一方面也增加了锂离子电池系统的成本；(3)现用L1-C合金负极材料循环寿命差的缺点，进一步增加了锂离子电池组在应用中的使用成本。因而开发高安全性能、可快速充放电的新型负极材料是锂离子电池HEV普及应用的最关键技术之一。新型钛酸锂材料一 Li4Ti5O12具有较大的锂离子固相扩散常数和亚微米(或纳米)粒径分布，具有优异的快速充电性能(5分钟充电容量> 80%满电容量)和快速放电性能(最大可进行50(；倍率放电);钛酸锂负极在充放电过程中不产生金属锂，同时由于钛酸锂负极具有优异的快速充放电性能，因而可以与新型高粘度的不燃性电液配合使用，电池组可承受240°C的高温冲击，具有极高的安全性能；钛酸锂材料具有稳定的尖晶石结构，在充放电过程体积变化较小(〈0.2%)，因此具有良好的循环寿命，大倍率充放电1000次循环容量保持率仍可达到90%以上。钛酸锂负极与传统L1-C负极相比，在高功率型锂离子动力电池应用上具有优势，然而目前常用制备方法制备得到的钛酸锂材料普遍存在碾压密度过低的情况，这严重影响了其体积比能量的发挥。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种制备兼具高碾压密度、优良电性能的钛酸锂负极材料的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术技术方案如下:—种，包括以下步骤:I)按照锂和钛的摩尔比为0.8?0.9:1称取锂盐和钛酸丁酯，再按照质量比去离子水:(钛酸丁酯+锂盐)=1?5:1称取去离子水，将上述物质加入高速混合机中混合均匀；2)将步骤I)得到的浆料进行干燥；3)将步骤2)得到的物料在700?1000°C下进行一次焙烧，焙烧时间为8?24h，得到钛酸锂材料；4)将步骤3)得到的钛酸锂材料、单质炭黑和占钛酸锂材料质量I?4%的粘结剂加入碾磨机中混合均匀，同时通过机械力排除颗粒间间隙，控制碳元素在最终产品中质量为2%?10% ；5)将步骤4)得到的物料加入到造粒机中进行压片和造粒；6)将步骤5)中得到的物料在惰性气体保护氛围下进行二次焙烧，焙烧温度为400?1000°C，焙烧时间为4?8h ;7)将步骤6)焙烧后的物料依次进行颚式粉碎、对辊粉碎和气流粉碎，即可得到最终的高碾压密度钛酸锂。所述锂盐为碳酸锂、一水合氢氧化锂、醋酸锂和硝酸锂中的任意一种。所述单质碳黑为Super P、Ensaco和KS-6中的任意一种。所述粘结剂为蔗糖、葡糖糖和柠檬酸中的任意一种。所述步骤2)中的干燥方法为微波干燥或喷雾干燥；微波干燥温度为100?120°C，喷雾干燥温度为200?240°C。所述步骤5)中造粒机压片的压强为10?30Mpa。所述步骤7)中高碾压密度钛酸锂的粒度分布为D5(i=3?15 μ m，碳含量为2%?10%。所述步骤6)中惰性气体为N2。所述步骤I)中混合时间为3-6小时。本专利技术提供的高碾压密度钛酸锂制备方法是通过碾磨工序将粉体颗粒通过机械力如压缩、剪切、冲击的作用下，排除颗粒间空隙，提高材料碾压密度和应力；继而通过压片工序进一步将粉料压实，使颗粒通过机械作用结合在一起。碾磨和压片工序的引入不但可以增加碳粉同钛酸锂的接触，保证碳包覆的均匀性和高温固相反应的彻底性，降低实效电池内阻，提高产品的倍率性能；而且可以排除颗粒间空隙，提高产品的碾压密度和能量密度。【专利附图】【附图说明】图1是实施例1制得的高碾压密度钛酸锂负极材料的物相(XRD)图；图2是实例I制备的高碾压密度钛酸锂负极材料在电子显微镜下的形貌(SEM)图；图3是实例I制备的高碾压密度钛酸锂负极材料扣式电池充放电曲线；图4是实例I制备的高碾压密度钛酸锂实效电池循环寿命；图5是实例I制备的高碾压密度钛酸锂实效电池倍率充电曲线；图6是实例I制备的高碾压密度钛酸锂实效电池倍率放电曲线；图7是实例I制备的高碾压密度钛酸锂实效电池过充曲线。【具体实施方式】下面结合附图和具体实例对本专利技术提供的高碾压密度钛酸锂制备方法进行了详细说明。实施例1一种，包括如下步骤:I)分别称取碳酸锂498g、钛酸丁酯5564g和去离子水30310g,加入高速混合机混合4h，确保各组分混合均匀；2)将步骤I)中得到的上述浆料微波干燥，干燥温度为100°C ；3)将步骤2)干燥完毕的物料加入罩式炉中一次焙烧，焙烧制式为800°C 8h ；4)将步骤3) —次焙烧完的材料1500g、30g Super P和15g蔗糖加入混炼机中碾磨；5)将步骤4)碾磨完毕的物料加入造粒机中进行压片造粒，造粒机的压强为IOMpa ；6)将步骤5)造粒完毕的物料置于以N2作为保护气体的焙烧炉中，在400°C条件下保温4h进行二次焙烧；7)将步骤6 )焙烧完毕的物料依次进行颚式粉碎、对辊粉碎和气流粉碎，粉碎后钛酸锂产品的粒度为D5Q=3.251 μ m，碳含量为2.18%。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高碾压密度钛酸锂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：?1）按照锂和钛的摩尔比为0.8～0.9：1称取锂盐和钛酸丁酯，再按照质量比去离子水：（钛酸丁酯+锂盐）=1～5:1称取去离子水，将上述物质加入高速混合机中混合均匀；?2）将步骤1）得到的浆料进行干燥；?3）将步骤2）得到的物料在700～1000℃下进行一次焙烧，焙烧时间为8～24h，得到钛酸锂材料；?4）将步骤3）得到的钛酸锂材料、单质炭黑和占钛酸锂材料质量1～4%的粘结剂加入碾磨机中混合均匀，同时通过机械力排除颗粒间间隙，控制碳元素在最终产品中质量为2%～10%；?5）将步骤4）得到的物料加入到造粒机中进行压片和造粒；?6）将步骤5）中得到的物料在惰性气体保护氛围下进行二次焙烧，焙烧温度为400～1000℃，焙烧时间为4～8h；?7）将步骤6）焙烧后的物料依次进行颚式粉碎、对辊粉碎和气流粉碎，得到最终的高碾压密度钛酸锂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋英杰，徐宁，伏萍萍，王秋明，吴孟涛，
申请(专利权)人：天津巴莫科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：