[发明专利]一种碳包覆钛酸锂电池材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明一种碳包覆钛酸锂电池材料的制备方法，属于电化学技术领域。

背景技术

锂离子电池作为高效的储能装置已经广泛应用于笔记本电脑(Shen C M,Zhang X G,Zhou Y K,et al.Preparation and characterization of nanocrystallineLi4Ti5O12 by sol–gel method[J].Materials Chemistry and Physics,2002,78:437-441)、移动电话及其他便携式电子产品中。电极材料决定了锂电池的性能，因此，提高锂电池性能的关键是发展新型高效的电极材料。锂电池中，锂离子电池中负极一般采用碳材料，最常用的就是石墨。但是，石墨材料由于内部结构的脆弱难用于大功率动力电池中[6-7]，影响了电池的使用寿命。由于其他负极材料各自的缺点，钛酸锂作为一种新型的负极材料具有很多优点，例如安全性能好、使用寿命长、充放电效率高、结构稳定等，有潜力在锂离子动力电池领域得到广泛的应用，被认为是最有希望的下一代锂离子动力电池的负极材料。

锂钛复合氧化物Li₄Ti₅O₁₂具有尖晶石结构，20世纪70年代被作为超导材料进行大量研究，80年代末曾作为锂离子蓄电池的正极材料进行研究，但因为它相对于锂电位偏低且比能量也较低(理论比容量为170mAh/g)，而未能引起人们的广泛关注。小柴信晴等人也将其作为锂离子负极材料开展了研究。尖晶石钛酸锂常温下的化学扩散系数为2×10^-8cm²/s，比碳负极材料大一个数量级，充放电速度更快。但是钛酸锂也有其不足之处，钛酸锂的固有电导率为10^-7S/m，属于典型的绝缘体，导电性差，大电流放电性能差，因此制备高性能的钛酸锂电极材料必须从改善钛酸锂的电导率增加其大电流充放电能力开始。

其中做的工作较多的是碳包覆钛酸锂复合材料：碳包覆就是在合成前躯体的过程中就加入含C的糖类或者其他含碳物质，然后在一起烧结，从而在颗粒表面分散或包覆导电碳，通常这个碳层都是无定形的，这种材料具有独特的核壳结构和奇特的电学、磁学、光学和力学性能。另外添加的碳在烧结过程中还将起到以下三方面的作用：①起到还原剂的作用，②有效减小颗粒尺寸；③增强内部粒子的接触性。碳源主要包括天然石墨、复合碳、糖类、沥青、乙炔黑等。在碳材料中，石墨烯因为其优异的性能而在科学界引起了广泛的关注。