[发明专利]锂离子电池负极材料尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O12的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体为一种锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂的改性方法，能够显著提高可充电二次锂离子电池的大电流充放电容量和循环性。

背景技术

锂离子二次电池以其高电压、高容量、高循环性能和高能量密度等优异特性备受人们青睐，被称为21世纪的主导电源。为了更好的满足动力电池的发展需求，高性能、低成本的新型正、负极材料的研究是锂离子二次电池发展的关键。

目前锂离子电池的负极材料多采用各种嵌锂碳材料，但碳材料作为锂离子负极材料仍存在一些缺点：首次充放电效率低；与电解液发生作用；存在明显的电压滞后现象；碳材料的制备方法比较复杂。与锂离子电池中的碳负极相比，虽然合金类负极材料一般具有较高的比容量，但锂的反复嵌脱导致合金类电极在充放电过程中的体积变化较大，逐渐粉化失效，因而循环性能较差。因此，寻找廉价易制备，循环性能好、安全可靠和具有优良电化学性能的负极材料是很有意义的研究方向。

尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为锂离子电池负极材料具有明显的优势：是一种无应力插入材料，在充放电过程中不发生结构改变，循环性能好；有很好的充放电平台；理论比容量为175mAh/g，实际比容量可达165mAh/g，并集中在平台区域；不与电解液反应；价格便宜，容易制备。

目前对尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)的研究主要(1)表面修饰：包括用贵金属Ag或其他氧化物(Cu_xO)与Li₄Ti₅O₁₂进行复合；裂解含碳聚合物对其进行碳包覆或者碳作为第二相引入提高其导电性；(2)掺杂提高材料的电子导电率；(3)制备纳米粒子Li₄Ti₅O₁₂，以缩短锂粒子的扩散距离及增加活性材料与电解液的接触面积。但是从目前的研究成果来看，都存在充放电倍率低，不能适应大电流动力电池的需求，同时循环性和容量也有缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提出一种锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂改性方法，以提高锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂的高倍率充放电性能和循环性能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

将需要改性负极材料Li₄Ti₅O₁₂放入反应容器里，再将反应容器装入反应炉，通入惰性气体Ar，加热至25-200℃并维持10-20h，通入氟化物(F₂，NF₃，ClF₃等含氟的氟化物)，氟化2-20min，氟化完毕，停止氟化物通入，切断加热装置电源，待氟化产物冷却到室温后，停止惰性气体Ar通入，取出氟化材料，所得即为经过氟化处理的锂离子电池负极材料。

将所制备的改性负极材料Li₄Ti₅O₁₂作为电极活性物质，以N-甲-2-吡咯烷酮为溶剂，将粘结剂(PVDF)，乙炔黑和活性物质按一定质量比混合后高速搅拌均匀制成浆料。把浆料均匀地涂敷于集流体上(铜箔或者泡沫镍)。将湿电极在真空烘箱中于120℃干燥12h，制成电极片。

本发明的有益效果如下：

本发明提出对现有锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂进行氟化表面处理，通过化学反应，在现有的锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂表面引入氟离子，完成了对负极材料改性，使其具有很好的电池动力学性能、循环性能和高倍率充放电容量，从而提高了以该材料作为负极材料的锂离子电池性能。