[发明专利]一种锂离子电池负极材料碳掺杂钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料碳掺杂钛酸锂的制备方法，属于电化学能源材料技术领域。

背景技术

由于晶格结构的限制，钛酸锂的导电性较差，限制了它的大电流放电能力的发挥，但可通过离子掺杂改变这一特性。目前有利用碳材料掺杂来提高钛酸锂导电性的。对钛酸锂进行碳材料的掺杂，不仅可以提高材料的导电性，使之具有较好的高倍率性能，而且还能阻止材料在煅烧过程中的颗粒长大现象，利用碳材料的特殊形貌控制钛酸锂的最终形貌，实现电解液的充分浸润及电子的快速传输。但是，现有的碳掺杂钛酸锂多采用固相合成法合成，合成的材料粒径较大、颗粒易于团聚、电子导电性差。将其用作锂离子电池负极材料，在大电流充放电时容量衰减迅速而导致电池倍率性能较差。

发明内容

本发明要解决现有技术中固相合成法合成的碳掺杂钛酸锂用作锂离子电池负极材料，在大电流充放电时容量衰减迅速而导致电池倍率性能较差的技术问题，提供一种锂离子电池负极材料碳掺杂钛酸锂的制备方法，制得的碳掺杂钛酸锂用作锂离子电池负极材料，能够提高电池的循环稳定性及倍率性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种锂离子电池负极材料碳掺杂钛酸锂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）将22mg氧化石墨（GO）超声分散在20mL去离子水中，向其中滴加钛酸异丙酯，搅拌2-6小时，得到TiO₂/GO复合物；

（2）将氢氧化锂溶液与上述TiO₂/GO复合物混合；

（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至反应釜中，进行水热反应，反应温度为140-200℃，反应时间为24-30小时，得到反应物前驱体；

（4）将上述反应物前驱体用去离子水和乙醇离心洗涤，烘干后，在空气中于300-400℃下煅烧20-30分钟，冷却至室温后在N₂气氛中于600-700℃下煅烧2-4小时，得到碳掺杂钛酸锂材料。

在上述技术方案中，步骤（1）中钛酸异丙酯的滴加量为1-3mL。

在上述技术方案中，步骤（2）中氢氧化锂溶液的浓度为0.4M。

在上述技术方案中，步骤（4）中所述将反应物前驱体进行两次煅烧，其升温速率都控制为3-5℃/分钟。

在上述技术方案中，步骤（4）中所述将反应物前驱体烘干，其烘干温度为60-80℃。

本发明提供的锂离子电池负极材料碳掺杂钛酸锂的制备方法的有益效果是：

本发明采用液相水热法合成碳掺杂钛酸锂前驱体，然后对前驱体进行热处理，采用两步煅烧法能够有效抑制钛酸锂晶体的增大，同时氧化石墨被还原为石墨，与钛酸锂复合后，有利于提高电子导电性，被还原的碳仍然保持着片状形貌，这样形成的碳掺杂钛酸锂复合材料也具有片状形貌（见附图1）。这种形貌的碳掺杂钛酸锂材料用于锂离子电池负极材料，能够增大电解液与活性物质的接触面积，达到了锂离子快速传输的效果，得到的电池循环稳定性及倍率性能优异。如附图2说明了实施例二制备的碳掺杂钛酸锂材料在1C下，充放电循环100次，容量几乎不衰减。附图3说明了实施例三制备的碳掺杂钛酸锂材料在5C下，放电容量可高达155mAh/g，并且循环100次，容量衰减微小。附图4说明了实施例四制备的碳掺杂钛酸锂材料在10C电流密度下，容量仍能保持在110mAh/g以上，并且在后面的1C时，容量可回复到150mAh/g。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的碳掺杂钛酸锂材料的SEM图。

图2为本发明实施例二制备的碳掺杂钛酸锂材料在1C下的循环性能图。

图3为本发明实施例三制备的碳掺杂钛酸锂材料在5C下的循环性能图。

图4为本发明实施例四制备的碳掺杂钛酸锂材料在不同电流密度下的倍率性能图。

具体实施方式

本发明提供的一种锂离子电池负极材料碳掺杂钛酸锂的制备方法具体步骤为：

（1）将22mg氧化石墨（GO）超声分散在20mL去离子水中，向其中缓慢滴加1-3mL钛酸异丙酯，搅拌2-6小时，得到TiO₂/GO复合物；

（2）将浓度为0.4M氢氧化锂溶液与上述TiO₂/GO复合物混合；

（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至反应釜中，进行水热反应，反应温度为140-200℃，反应时间为24-30小时，得到反应物前驱体；