一種鈦酸鋰負極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及負極材料領域技術，尤其是指一種鈦酸鋰負極材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 自20世紀90年代鋰離子二次電池進入商業(yè)應用以來，負極材料先后經歷了軟 /硬炭，石墨，鈦酸鋰以及硅碳等材料使用階段。目前鈦酸鋰負極材料已經量產，但其壓實 密度僅2.0g/cm3,放電平臺較高（1.5V)，比容量較低（約160mAh/g)，且自身導電性不好 (電導率：l〇-9S/cm)，從而在3C領域應用意義不大。而硅碳材料目前尚處于前期推廣階 段。
[0003] 從綜合性能上看，由于天然及人造石墨在可逆容量，制備制程，使用壽命，能量密 度高，以及來源廣泛，經濟性好等方面具有較大的優(yōu)勢，因而石墨類電極材料是一種應用最 為廣泛的鋰電池用負極材料，據統(tǒng)計，目前石墨類負極在鋰電池中的使用量比例在90%左 右。即使在近期即將啟動的電動車鋰電池領域，石墨類負極材料依然是主要的候選材料之 〇
[0004] 現有技術已有對石墨類負極材料的顆粒表面進行修飾或者是改性的方法。在已查 閱的文獻中通常的改性方法主要有以下幾種。針對石墨類負極材料的導電性不好的特點， 采用碳納米管或者是引入導電劑成分進行改性。此種方法可在一定程度上改進石墨材料 的電子導電效果，但引入的碳納米管等導電材料會降低石墨材料的比容量及庫侖效率等。 針對石墨負極顆粒表面要形成SEI膜（Solidelectrolyteinterface固體電解質界面 膜）的改性方法有石墨表面氧化，在石墨表面包裹金屬/非金屬離子（如無定形炭，聚 合物，堿金屬碳酸鹽）等基團，以減少形成SEI膜時的鋰金屬消耗，以及形成更穩(wěn)定的SEI 膜。
[0005]目前已有將鈦酸鋰應用于石墨類負極材料的報到。文獻（于海英，王皇，梁曉麗 石墨摻雜鈦酸鋰負極材料的合成及性能研宄化工新型材料2014(2))研宄了石墨摻雜鈦 酸鋰負極材料的合成及電化學性能。
[0006] 然而，目前鈦酸鋰負極材料普遍存在工藝復雜、循環(huán)性能與倍率充放電性能不好 等問題，因此，開發(fā)一種工藝簡單、循環(huán)性能與倍率充放電性能好、首次充放電效率高、制備 成本低廉的鈦酸鋰負極材料制備方法是所屬領域的技術難題。

【發(fā)明內容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種鈦酸鋰負極 材料及其制備方法，其能有效解決能有效解決現有之鈦酸鋰負極材料工藝復雜、循環(huán)性能 與倍率充放電性能不好等問題。
[0008] 為實現上述目的，本發(fā)明采用如下之技術方案： 一種鈦酸鋰負極材料，由下列重量份的原料制成：鈦酸鋰350~380、石墨40~50、鎵 粉4~5、銫粉3~4、鈷酸鋰4. 3~5、氧化鈰2~3、過硫酸銨1~2、改性銀粉6~10 ; 所述改性銀粉由下列重量份的原料制成：銀粉80~90、納米碳3~4、木薯淀粉 3. 5~4、鋁礬土 3. 5~4、硅藻土 3. 2~3. 9、甲基三乙氧基硅烷2. 4~3. 2、碳化硅3. 4~ 4. 2;將各原料混合均勻，加熱至60~65°C，研磨2~3小時，分散均勻成粉體，送入煅燒 爐中在540~560°C下燒結1~2小時即得。
[0009] -種鈦酸鋰負極材料的制備方法，由以下具體步驟制成： (1) 分散：將石墨、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過硫酸銨分散于溶劑中，超聲〇. 5~ 2h，得到混合漿料； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機研磨1~5h，研磨速度為500~2500r/min，然后 加入溶劑調節(jié)混合漿料的固體質量含量至5~40%; (3) 包覆：將研磨過的混合漿料與鈦酸鋰加入高速攪拌機中，攪拌速度為500~2000 r/min，攪拌時間為2~3h; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機干燥成粉，噴霧干燥進風溫度為150~ 300 °C，出風溫度為100~150 °C，恒流泵轉度50~100r/min; (5) 混合：將步驟（4)所得物料與改性銀粉混合，加入相當于粉體總重量4-5%的聚乙 烯蠟粉，攪拌均勻； (6) 微波加熱：將步驟（5)所得物料移至壓力為1~50mPa高壓反應釜中，然后將反應 釜放置在功率為600~2000w的微波爐中，加熱10~600s，冷卻至室溫，得到所述鈦酸鋰 負極材料。
[0010] 本發(fā)明與現有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，具體而言，由上述技術方案 可知： 通過采用本發(fā)明的配方和制備方法，使得制備出來之負極材料的導電性能和機械性能 得到了很大的提升，由于導電性能和機械性能的提升，作為鋰離子電池負極材料時，循環(huán)性 能與倍率充放電性能、首次充放電效率都得到很大的提升；并且，本發(fā)明制備方法工藝簡 單，使用簡單高效的微波化學法，大大地降低了能耗。
[0011] 為更清楚地闡述本發(fā)明的結構特征和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本發(fā) 明進行詳細說明。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的制備流程示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明揭示一種鈦酸鋰負極材料及其制備方法，鈦酸鋰負極材料由下列重量份的 原料制成：鈦酸鋰350~380、石墨40~50、鎵粉4~5、銫粉3~4、鈷酸鋰4. 3~5、氧 化鈰2~3、過硫酸銨1~2、改性銀粉6~10。
[0014] 所述改性銀粉由下列重量份的原料制成：銀粉80~90、納米碳3~4、木薯淀粉 3. 5~4、鋁礬土 3. 5~4、硅藻土 3. 2~3. 9、甲基三乙氧基硅烷2. 4~3. 2、碳化硅3. 4~ 4. 2;將各原料混合均勻，加熱至60~65°C，研磨2~3小時，分散均勻成粉體，送入煅燒 爐中在540~560°C下燒結1~2小時即得。
[0015] 鈦酸鋰負極材料的制備方法，由以下具體步驟制成： (1) 分散：將石墨、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過硫酸銨分散于溶劑中，超聲〇. 5~ 2h，得到混合漿料； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機研磨1~5h，研磨速度為500~2500r/min，然后 加入溶劑調節(jié)混合漿料的固體質量含量至5~40% ; (3) 包覆：將研磨過的混合漿料與鈦酸鋰加入高速攪拌機中，攪拌速度為500~2000 r/min，攪拌時間為2~3h; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機干燥成粉，噴霧干燥進風溫度為150~ 300 °C，出風溫度為100~150 °C，恒流泵轉度50~100r/min; (5) 混合：將步驟（4)所得物料與改性銀粉混合，加入相當于粉體總重量4-5%的聚乙 烯蠟粉，攪拌均勻； (6) 微波加熱：將步驟（5)所得物料移至壓力為1~50mPa高壓反應釜中，然后將反應 釜放置在功率為600~2000w的微波爐中，加熱10~600s，冷卻至室溫，得到所述鈦酸鋰 負極材料。
[0016] 下面用具體實施例以及對比例對本發(fā)明進行說明。
[0017] 實施例1 鈦酸鋰負極材料由下列重量份的原料制成：鈦酸鋰350、石墨40、鎵粉4、銫粉3、鈷酸 鋰4. 3、氧化鈰2、過硫酸銨1、改性銀粉6; 所述改性銀粉由下列重量份的原料制成：銀粉80、納米碳3、木薯淀粉3. 5、鋁礬土 3. 5、硅藻土 3. 2、甲基三乙氧基硅烷2. 4、碳化硅3. 4;將各原料混合均勻，加熱至60°C， 研磨2小時，分散均勻成粉體，送入煅燒爐中在540°C下燒結1小時即得。
[0018] 鈦酸鋰負極材料的制備方法，由以下具體步驟制成： (1) 分散：將石墨、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過硫酸銨分散于溶劑中，溶劑為水，超 聲0. 5h，得到混合漿料； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機研磨1h，研磨速度為500r/min，然后加入溶劑調節(jié) 混合漿料的固體質量含量至5% ; (3) 包覆：將研磨過的混合漿料與鈦酸鋰加入高速攪拌機中，攪拌速度為500r/min，攪 拌時間為2h; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機干燥成粉，噴霧干燥進風溫度為150 °C，出風溫度為100 °C，恒流泵轉度50r/min; (5) 混合：將步驟（4)所得物料與改性銀粉混合，加入相當于粉體總重量4%的聚乙烯 蠟粉，攪拌均勻； (6) 微波加熱：將步驟（5)所得物料移至壓力為ImPa高壓反應釜中，然后將反應釜放置 在功率為600w的微波爐中，加熱10s，冷卻至室溫，得到所述鈦酸鋰負極材料。
[0019] 實施例2 鈦酸鋰負極材料由下列重量份的原料制成：鈦酸鋰380、石墨50、鎵粉5、銫粉4、鈷酸 鋰5、氧化鈰3、過硫酸銨2、改性銀粉10; 所述改性銀粉由下列重量份的原料制成：銀粉90、納米碳4、木薯淀粉4、鋁礬土 4、 硅藻土 3. 9、甲基三乙氧基硅烷3. 2、碳化硅4. 2;將各原料混合均勻，加熱至65°C，研磨 3小時，分散均勻成粉體，送入煅燒爐中在560°C下燒結2小時即得。
[0020] 鈦酸鋰負極材料的制備方法，由以下具體步驟制成： (1) 分散：將石墨、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過硫酸銨分散于溶劑中，溶劑為水，超 聲2h，得到混合漿料； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機研磨5h，研磨速度為2500r/min，然后加入溶劑調 節(jié)混合漿料的固體質量含量至40% ; (3) 包覆：將研磨過的混合漿料與鈦酸鋰加入高速攪拌機中，攪拌速度為2000r/min， 攪拌時間為3h; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機干燥成粉，噴霧干燥進風溫度為300 °C，出風溫度為150 °C，恒流泵轉度100r/min; (5) 混合：將步驟（4)所得物料與改性銀粉混合，加入相當于粉體總重量5%的聚乙烯 蠟粉，攪拌均勻； (6) 微波加熱：將步驟（5)所得物料移至壓力為50mPa高壓反應釜中，然后將反應釜放 置在功率為2000w的微波爐中，加熱600s，冷卻至室溫，得到所述鈦酸鋰負極材料。
[0021] 實施例3 鈦酸鋰負極材料由下列重量份的原料制成：鈦酸鋰360、石墨45、鎵粉4. 5、銫粉3.5、 鈷酸鋰4. 5、氧化鈰2. 5、過硫酸銨1. 5、改性銀粉8 ; 所述改性銀粉由下列重量份的原料制成：銀粉85、納米碳3. 5、木薯淀粉3. 7、鋁礬土 3. 8、硅藻土 3. 5、甲基三乙氧基硅烷2. 8、碳化硅4.0;將各原料混合均勻，加熱至63°C， 研磨2. 5小時，分散均勻成粉體，送入煅燒爐中在550°C下燒結1.5小時即得。
[0022] 鈦酸鋰負極材料的制備方法，由以下具體步驟制成： (1) 分散：將石墨、鎵粉、銫粉、鈷酸鋰、氧化鈰和過硫酸銨分散于溶劑中，超聲1. 5h，得 到混合漿料； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機研磨2. 5h，研磨速度為2000r/min，然后加入溶劑調 節(jié)混合漿料的固體質量含量至30% ; (3) 包覆：將研磨過的混合漿料與鈦酸鋰加入高速攪拌機中，攪拌速度為1200r/min， 攪拌時間為2. 5h; (4) 干燥：將步驟（3)所得物料使用噴霧干燥機干燥成粉，噴霧干燥進風溫度為200 °C，出風溫度為125 °C，恒流泵轉度75r/min; (5) 混合：將步驟（4)所得物料與改性銀粉混合，加入相當于粉體總重量4.5%的聚乙 烯蠟粉，攪拌均勻； (6) 微波加熱：將步驟（5)所得物料移至壓力為30mPa高壓反應釜中，然后將反應釜放 置在功率為1500w的微波爐中，加熱300s，冷卻至室溫，得到所述鈦酸鋰負極材料。
[0023] 實施例4 鈦酸