[发明专利]一种Li4Ti5O12/C微米球负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池的电极材料，具体涉及Li₄Ti₅O₁₂/C微米球负极材料的制备方法。

背景技术

Li₄Ti₅O₁₂是一种金属锂与低点位过渡金属钛的复合氧化物，为AB₂X₄系列，是具有缺陷的尖晶石结构。一个Li₄Ti₅O₁₂可以嵌入3个锂离子形成岩盐结构的Li₇Ti₅O₁₂，这两种物质均为尖晶石结构，在锂离子的嵌入和脱出过程中，晶格常数变化很小，体积变化很小(<1％)，因此Li₄Ti₅O₁₂被称为“零应变”电极材料。虽然Li₄Ti₅O₁₂的理论容量仅有175mAh/g，但实际容量达150～165mAh/g，且其中在平台区域；Li₄Ti₅O₁₂具有较高的放电电压(1.5V vs Li/Li⁺)，避免了锂离子在放电过程中与产生的锂枝晶刺破隔膜发生短路，具有较高的安全性能。此外，Li₄Ti₅O₁₂材料成本低，制备简单，使其在高功率动力型锂离子电池的负极材料领域有着广阔的应用前景。然而Li₄Ti₅O₁₂材料自身结构的特性导致了其电子导电率很低，在大电流充放电时容量衰减快，倍率性能较差，极大地限制了在高功率锂离子电池中的应用。改善Li₄Ti₅O₁₂电极材料倍率性能一般有两个途径：(1)纳米化【J.Solid State Electrochem.,2009,14,1241-1246】，缩短离子扩散路径，改善电子传导，提高材料的稳定性和倍率性能。(2)掺入高导电性物质如：C、Ag、Cu等【Energy Environ.Sci.,2011,4,4016】，提高离子扩散速率和电子电导率。

目前，研究最多的是向其中掺入C增大其导电性，改善倍率性能。主要的研究方法有水热合成法，化学气相沉积法(CVD)，溶胶-凝胶法等。但是这些方法工艺复杂，成本高，不易控制，不适用于大规模的工业化应用。

专利US3855172公开了一种利用聚合诱导胶体凝聚法(PICA)制备氧化物微米球的方法，该方法操作简单，经济，安全，易控制，适合大规模工业化生产应用。专利US5540834公开了利用该方法制备微米球的方法，并成功的应用于大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种Li₄Ti₅O₁₂/C微米球负极材料的制备方法。

本发明的Li₄Ti₅O₁₂/C微米球负极材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将TiO₂溶胶分散在水中，然后依次加入原材料、甲醛水溶液得到反应体系，调节反应体系的pH值范围为0.5～2(优选pH值为0.5、1、1.5或2)，迅速搅拌均匀后静置反应，利用原材料与甲醛的原位缩聚反应得到中间产物；

(2)将步骤(1)所得中间产物与含有锂离子的化合物进行混合并研磨均匀，置于惰性或还原气氛的管式炉中，在温度为700～800℃下进行煅烧6～10小时，冷却至室温得到黑色粉末，即得到所述的Li₄Ti₅O₁₂/C微米球负极材料。

所述的原材料选自尿素、三聚氰胺、苯酚、间苯二酚中的至少一种，优选为尿素。

步骤(1)所述的反应体系中的甲醛与原材料的摩尔比为1.25～1.5:1，优选为1.25:1。

步骤(1)所述的反应体系中TiO₂溶胶与总反应体系的体积比为1：3～10，优选为1:5。

所述的甲醛水溶液的质量百分浓度为30～40％，优选质量百分浓度为37％。