【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池负极材料，尤其涉及一种低温环境适用的钛酸锂负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池由于具有比能量高、成本低、寿命长及环境适应性强等优点，在现代生活中获得广泛的应用。锂离子电池的优异性能归因于锂离子在正负极、电解液和界面膜中的高效传递。随着温度的降低，锂离子的传递速率急剧下降，从而导致锂离子电池的性能在低温条件下快速衰减，尤其在极寒条件(≤-40℃)下几乎无法进行有效充放电，这严重限制了其在高海拔地区、极地、军事、太空探索等极端条件下的应用。
2、锂离子电池性能主要受电解液的离子传导能力、锂离子在电极材料中的扩散能力、电极界面性质等多重因素影响。其低温性能较差的原因在于：①低温下电解液的黏度增大，甚至部分变为凝聚态，致使离子电导率显著降低；②低温下电解液与负极、隔膜的相容性变差，影响锂离子的正常传输；③低温下锂离子在活性电极材料内部的扩散能力下降，电荷转移阻抗显著增大；④低温下负极易析锂，析出的锂易与电解液反应，其产物沉积导致固体电解质界面膜(sei)厚度增加。
3、负极材料对电池的低温性能影响较大，低温下负极材料反应活性会下降，导致极化严重、嵌锂速度降低。电极上的锂离子的嵌入和镀锂反应同时存在且相互竞争，因此金属锂易在负极表面大量沉积，从而严重影响电池的安全性能及低温下的电化学性能。由于常见的石墨负极材料工作电位较低，而低温下锂离子扩散动力学变差，沉积在石墨负极表面的锂离子增多，更容易形成锂枝晶刺穿隔膜使电池短路造成危险；而钛酸锂负极材料稳定性低、导电性差；因此，二者作为低
4、具有赝电容行为的电极材料具有更好的低温性能。二氧化钛是一种赝电容型负极材料，具有表面控制的电荷存储过程，通常呈现出较高的动力学特性，可以促进离子和电子的高效传导，使其在低温下呈现优异的高倍率性能，对提升电池的循环稳定性具有积极作用。赝电容机制可通过控制材料特征尺寸来缩短li+扩散路径，进而提高材料的比容量和倍率性能。因此，赝电容型电极通常具有较优异的低温电化学性能。
5、因此，如何得到一种适用于低温环境的钛酸锂负极材料及其制备方法，是目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种低温环境适用的钛酸锂负极材料及其制备方法，用以解决锂离子电池负极材料在低温环境下的安全性能和电化学性能差的技术问题。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种低温环境适用的钛酸锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将锂源、钛源依次分散于第一高分子分散剂和水的混合溶液中，对得到的分散液顺次进行第一湿法研磨、第一喷雾干燥和第一固相烧结得到贫锂钛酸锂前驱体粉末；
5、(2)将贫锂钛酸锂前驱体粉末分散于第二高分子分散剂和水的混合溶液中，之后顺次进行第二湿法研磨、第二喷雾干燥和第二固相烧结得到微纳球形贫锂的钛酸锂负极材料；
6、所述第一高分子分散剂和第二高分子分散剂独立的为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的一种或几种。
7、进一步的，所述锂源包含碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂、硫酸锂和草酸锂中的一种或几种；所述钛源包含二氧化钛、钛酸四丁酯和硫酸氧钛中的一种或几种。
8、进一步的，所述锂源中锂元素和钛源中钛元素的摩尔比为3.7～3.9：5，所述第一高分子分散剂的添加量为锂源和钛源总质量的2～5wt％；
9、所述第二高分子分散剂的添加量为贫锂钛酸锂前驱体粉末质量的2～5wt％。
10、进一步的，所述步骤(1)中，第一高分子分散剂和水的用量比为60～62g：3800～4000ml，所述步骤(2)中，第二高分子分散剂和水的用量比为60～62g：3800～4000ml。
11、进一步的，所述第一湿法研磨的研磨介质为氧化锆球，氧化锆球的粒径为0.3～0.6mm，研磨的线速度≥12m/s，研磨的时间为2～6h；所述第一湿法研磨的浆料固含量为25～45％，浆料的粒度d50＝0.2～0.6μm。
12、进一步的，所述第一喷雾干燥和第二喷雾干燥的进料温度独立的为200～280℃，出料温度独立的为80～160℃；所述第一喷雾干燥的喷雾粉末d50＝25～35μm，所述第二喷雾干燥的喷雾粉末d50＝4～10μm。
13、进一步的，所述第二湿法研磨的研磨介质为氧化锆球，氧化锆球的粒径为0.1～0.2mm，研磨的线速度≥15m/s，研磨的时间为2～6h；所述第二湿法研磨的浆料固含量为20～35％，浆料的粒度d50＝0.2～0.4μm。
14、进一步的，所述第一固相烧结的温度为700～900℃，保温时间为8～20h，升温速率为2～10℃/min。
15、进一步的，所述第二固相烧结的温度为700～800℃，保温时间为8～12h，升温速率为3～5℃/min。
16、本专利技术还提供了一种低温环境适用的钛酸锂负极材料。
17、本专利技术的有益效果：
18、本专利技术制备出的一种低温环境适用的微纳球形贫锂型钛酸锂负极材料，其内部杂质相纳米二氧化钛呈现出赝电容特性，充放电过程中存在表面控制的电荷存储，呈现出较高的动力学特性。进而提高材料的比容量和倍率性能，使其具有较优异的低温电化学性能。此外，通过微纳球形钛酸锂负极材料的结构设计，降低在低温环境下的锂离子扩散路径及在材料内部的电荷转移阻抗，提升低温性能及倍率性能。
19、本专利技术制备的贫锂钛酸锂负极材料中锂：钛摩尔比小于4:5时，其内部会存在具有赝电容特性的纳米二氧化钛杂相，在锂电池充放电过程中，二氧化钛会具有表面控制的电荷存储过程，呈现出较高的动力学特性。进而提高材料的比容量和倍率性能，使其具有较优异的低温电化学性能。此外，通过微纳球形钛酸锂负极材料的结构设计，降低在低温环境下的锂离子扩散路径及在材料内部的电荷转移阻抗，提升低温性能及倍率性能。该负极材料在功率密度高、比能量大、低温充放电性能优异的应用场景中有明显优势。
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1.一种低温环境适用的钛酸锂负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源包含碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂、硫酸锂和草酸锂中的一种或几种；所述钛源包含二氧化钛、钛酸四丁酯和硫酸氧钛中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锂源中锂元素和钛源中钛元素的摩尔比为3.7～3.9：5，所述第一高分子分散剂的添加量为锂源和钛源总质量的2～5wt％；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，第一高分子分散剂和水的用量比为60～62g：3800～4000mL，所述步骤(2)中，第二高分子分散剂和水的用量比为60～62g：3800～4000mL。
5.根据权利要求1或2或4所述的制备方法，其特征在于，所述第一湿法研磨的研磨介质为氧化锆球，氧化锆球的粒径为0.3～0.6mm，研磨的线速度≥12m/s，研磨的时间为2～6h；所述第一湿法研磨的浆料固含量为25～45％，浆料的粒度D50＝0.2～0.6μm。
6.根据权利要求5所述
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述第二湿法研磨的研磨介质为氧化锆球，氧化锆球的粒径为0.1～0.2mm，研磨的线速度≥15m/s，研磨的时间为2～6h；所述第二湿法研磨的浆料固含量为20～35％，浆料的粒度D50＝0.2～0.4μm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一固相烧结的温度为700～900℃，保温时间为8～20h，升温速率为2～10℃/min。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第二固相烧结的温度为700～800℃，保温时间为8～12h，升温速率为3～5℃/min。
10.权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到的低温环境适用的钛酸锂负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种低温环境适用的钛酸锂负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源包含碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂、硫酸锂和草酸锂中的一种或几种；所述钛源包含二氧化钛、钛酸四丁酯和硫酸氧钛中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锂源中锂元素和钛源中钛元素的摩尔比为3.7～3.9：5，所述第一高分子分散剂的添加量为锂源和钛源总质量的2～5wt％；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，第一高分子分散剂和水的用量比为60～62g：3800～4000ml，所述步骤(2)中，第二高分子分散剂和水的用量比为60～62g：3800～4000ml。
5.根据权利要求1或2或4所述的制备方法，其特征在于，所述第一湿法研磨的研磨介质为氧化锆球，氧化锆球的粒径为0.3～0.6mm，研磨的线速度≥12m/s，研磨的时间为2～6h；所述第一湿法研磨的浆料固含量为25～45％，浆料的粒度d50＝0....
【专利技术属性】
技术研发人员：焦玉志，秦军，程书豪，金丽萍，石如梅，马翠环，杨紫奇，范宇航，
申请(专利权)人：台州闪能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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