[发明专利]一种复合型钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池材料领域，具体涉及一种复合型钛酸锂的制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池的研究与发展在世界范围内得到广泛的重视与关注。锂离子电池的高比能，高电压及低污染的特性使它成为目前移动电话，笔记本电脑及摄像机的良好电源，而且也是未来电动汽车动力电源的重要候选者之一。在目前已商品化或部分商品化的锂离子电池金属氧化物类电极材料中，锂钛复合氧化物Li₄Ti₅O₁₂可作锂离子电池负极材料，具有尖晶石结构，80年代末曾作为锂离子电池的正极材料进行研究，但因为它相对于锂电位偏低且能量密度也较低(理论容量为175mAh/g)，从而减少了人们的研究兴趣。后来有研究表明Li₄Ti₅O₁₂在充放电过程中其骨架结构几乎不发生变化，不像碳材料一样需要生成钝化膜，第一次充放电效率高达90％以上，而且是一种零应变材料，充放电过程中保持晶体稳定，具有良好的循环性能。尤其是在快速充放电的要求下，其骨架结构几乎不发生变化晶体稳定，解决了目前电动汽车动力电源的快速充电及长期使用等问题。目前，钛酸锂的合成方法比较多，通常有固相反应法、高能球磨法以及溶胶-凝胶法。但是上述方法制备的Li₄Ti₅O₁₂材料的循环性能仍存在一定的缺陷。

由于钛酸锂本身的导电性很差，在高倍率充放电时容量不能很好的发挥出来，因此需要通过掺杂、包覆等对其改性来提高其导电性和循环性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高倍率放电性能和优良循环性能的复合型钛酸锂的制备方法。

本发明的一种复合型钛酸锂的制备方法包括以下步骤：

1)将锂源化合物、钛源化合物和掺杂改性剂M的化合物按照Li：Ti：M摩尔比为(0.6-1)：1：(0.06-0.3)混合均匀，分散到有机溶剂进行球磨6-12小时，然后在80-120℃下烧结6-12小时烘干；

2)将在步骤1)得到的烘干物在400-600℃下进行热处理8-20小时后自然冷却；

3)将在步骤2)得到的热处理料与包覆材料按重量份100:(5-20)进行混合球磨6-12小时，然后在氮气保护，700-950℃下进行烧结8-20小时后，冷却过300目筛。

所述锂源化合物为硝酸锂、乙酸锂、碳酸锂或氢氧化锂。

所述钛源化合物为二氧化钛、偏钛酸、四氯化钛或钛酸四丁酯。

所述掺杂改性剂M的化合物为Al、Mg、B、Zr、Nb、Mn、Cr、Co、Si、Ni、V、Mo、Zn的氧化物中的至少一种。

所述包覆材料为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、葡萄糖、蔗糖、糠醛树脂、沥青中的至少一种。

所述有机溶剂为酒精、异丙醇或丙酮。

所述制备方法制得的产品的分子式为Li_xTi_1.25-yM_yO₃，0.5≤x≤1.5，0≤y≤0.5。

本发明的复合型钛酸锂的制备方法，通过包覆或掺杂形成导电性好的电极材料，提高了其高倍率性能；颗粒的纳米通道增加了电极的有效反应面积和锂离子进出的通道，使电极材料有很高的可逆电化学容量，较小的比表面积提高了其首次库仑效率和循环稳定性。

本发明的复合型钛酸锂的制备方法制得的具有均匀特性和规则晶面的尖晶石复合型钛酸锂表现出显著的稳定性与其高倍率性能，颗粒的纳米通道增加了电极的有效反应面积和锂离子进出的通道，使电极材料有很高的可逆电化学容量，较小的比表面积提高了其首次库仑效率和循环稳定性，晶体结构不受锂嵌入/脱嵌而损坏，并且具有稳定的循环使用寿命，大电流充放电性能得到显著改善。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的详细过程做进一步说明。

实施例1

复合型钛酸锂的制备方法包括以下步骤：

1)将碳酸锂、二氧化钛和氧化铬按照Li：Ti：Cr摩尔比为0.6：1：0.06进行混合，分散到酒精溶剂进行球磨8小时，然后80℃烧结6小时烘干；

2)将在步骤1)得到的烘干物在400℃下进行热处理10小时后自然冷却；

3)将在步骤2)得到的热处理料与葡萄糖按重量份100:10进行混合球磨10小时后，在氮气保护下于750℃下进行烧结15小时后，冷却过300目筛。

实施例2

复合型钛酸锂的制备方法包括以下步骤：