[发明专利]一种制备碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，特别是一种制备碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法。

背景技术

尖晶石型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）作为一种新型的锂离子电池负极材料具有明显的优势：零应变，循环性能优异；较高的氧化还原电位（1.5VvsLi），不与常用电解液发生反应，安全性好；环境友好，容易制备，成本低等。但Li₄Ti₅O₁₂的电导率低（10^-9S cm^-1），导致其高倍率性能差，这极大制约了其推广与应用，尤其在动力电池这一全球瞩目的领域，材料的高倍率工作特性是决定其能否大规模商业化应用的关键因素之一，因此提高Li₄Ti₅O₁₂的高倍率性能成为目前研究者们关注的核心课题之一。

目前，国内外研究者们解决Li₄Ti₅O₁₂大电流工作性能（倍率性能）差的问题的方法主要有三种。其一，缩小材料颗粒尺寸，增大比表面积，研究发现纳米尺寸的Li₄Ti₅O₁₂由于缩短了Li⁺迁移路径、增加了Li+的脱嵌位置和增大了与电解液的接触面积，往往具有较高的电化学性能，尤其是倍率性能。其二，在材料表面包覆均匀的导电材料（如C、PAn、Ag、Cu等），改善材料表面的电子传导性能。其三，通过在Li位或Ti位掺Al³⁺、Mg²⁺、Ru³⁺、V⁵⁺、Cr³⁺、Nb⁵⁺、Ni²⁺、Cu²⁺等），引起结构缺陷，从而提高材料的电子导电性能。其中碳包覆被认为是最有效提高Li₄Ti₅O₁₂倍率性能的一种途径。

文献上报道的碳源主要有蔗糖、葡萄糖、柠檬酸等，据文献报道，这些碳源在热处理过程中碳化得到的碳的石墨化程度较低，导电性也相对较差，而含环状或芳香结构的有机物在热处理过程中碳化得到的碳石墨化程度较高，导电性也较好。因此，我们提出以含芳香结构的邻二氮菲为碳源制备碳包覆钛酸锂负极材料。

发明内容

为了改善Li₄Ti₅O₁₂电子导电性差等问题，本发明提出了一种制备碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法方法，以提高其高倍率条件下的比容量。

本发明的技术方案：

1）球磨混合：称量化学计量比的碳酸锂和二氧化钛与邻二氮菲加入250ml氧化锆球磨罐中；加入35ml丙酮和直径为3mm的氧化锆小珠；在500转/分钟下球磨混合6h得到浆料。

2）干燥：将步骤1）所述浆料于100℃下真空干燥得到钛酸锂/碳复合前驱体。

3）高温裂解：将步骤2）所述钛酸锂/碳复合前驱体在氩气气氛中热处理至反应完成，得目标产物碳包覆的钛酸锂负极材料；其中，所述热处理是在750℃下焙烧8h。

本发明的有益效果是：在制备钛酸锂的前驱体过程中加入邻二氮菲，在热处理过程中得到石墨化程度较高的碳，提高了Li₄Ti₅O₁₂的电子导电性；另外邻二氮菲在热处理过程中碳化得到的碳抑制了Li₄Ti₅O₁₂颗粒的长大，缩短了Li⁺的迁移路径，提高了锂离子的导电性，从而达到获得具有高倍率性能的该复合材料的目的。

本发明制备的碳包覆钛酸锂负极材料为纯相，晶粒分布均匀，具有高倍率性能和良好的循环性能。其中碳含量为16.7%时，在0.2C、10C下的放电容量分别为172 mAhg^-1、145mAhg^-1；10C下经历100次的循环后，其放电容量保留为96.6%。

附图说明

图1为实施例1和实施例2样品的X—射线衍射图。在图1中，横坐标为2θ/°，θ为衍射角。

图2为实施例1和实施例2扫描电子显微镜图。在图2中，A为实施例1样品，B为实施例2样品。

图3为实施例2透射电子显微镜图。