[发明专利]一种锂离子电池负极材料纳米氧缺位型钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学领域，尤其涉及一种钛酸锂，具体来说是一种锂离子电池负极材料纳米氧缺位型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）的制备方法。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，对资源的消耗也越来越大，能源领域的危机日益严重。基于目前的严重的能源危机和污染问题，世界各国对发展电动汽车都非常重视，我国863计划中也将发展电动车列为重要发展方向。目前动力电池主要的候选者有镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。基于性价比的考虑，锂离子电池具有较大的优势。

目前，商品化的锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳材料。能否可逆的嵌入脱出锂离子是锂离子电池能否成功应用的一个关键因素。近年来，对锂离子电池负极材料的研究基本上就是围绕着如何提高已有材料的储能密度，降低首次不可逆充放电容量，提高循环性能及降低成本这些方面进行的。商业化比较完善的负极材料主要是各种嵌锂碳材料，相对于金属锂而言，电池的安全性确实有了很大的提高。但是碳负极的电位与锂的电位很接近，电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出而引发安全问题；易与电解液发生作用；存在明显的电压滞后。

1996年，加拿大研究者K.Zaghib首次提出可采用钛酸锂材料作为负极与高电压正极组成锂离子蓄电池、与碳电极组成超级电容器。后来，小柴信晴等人也将其作为锂离子负极材料开展了研究。（陈敬波, 胡国容, 彭忠东等. 锂离子电池氧化物负极材料研究进展[J].电池,2003,33(3):183-186.）但直至1999年前后，人们才对Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料开始大量的研究。与碳负极材料相比，钛酸锂具有充放电过程中骨架结构几乎不发生变化的“零应变”特性（T. Ohzuku, A.Ueda, N.Yamamoto. Zero-strain insertion materials of Li[Li1/3Ti5/3]O4 for rechargeable lithium cells. J. Electrochem. Soc., 1995, 140: 1431-1435），嵌锂电位高（1.55Vvs.Li/Li⁺）且不易引起锂的析出、库伦效率高、锂离子扩散系数（为2′10^-8cm²/s）比碳负极高一个数量级等优良特性，具备了下一代锂离子蓄电池必须的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。

Li₄Ti₅O₁₂的理论嵌锂容量为175mAh/g，但是目前制备的Li₄Ti₅O₁₂负极材料仍然存在着导电性差、密度低等缺点。

制备形貌统一，粒径达到纳米尺寸的钛酸锂，可以大大降低锂离子在钛酸锂晶格内部的迁移路径，提高钛酸锂的离子迁移速率，如中国专利申请（公开号CN102376937A）公开了一种纳米钛酸锂的制备方法，该方法采用超细球磨微米钛酸锂与石墨烯混合，有效的提高了材料的倍率性能和循环性能。但是石墨烯价格昂贵，不易于实现工业化生产。

制备具有氧缺位的钛酸锂可以提高材料的本征电导率，从而提高钛酸锂的电化学性能，如中国专利申请（公开号CN102491410A）公开的一种制备电池负极材料氧缺位钛酸锂的制备方法，该方法将二氧化钛与氢氧化锂在有机溶剂中球磨，真空干燥，在氮气与氢气气氛保护下煅烧，控制降温时间制备具有氧缺位的钛酸锂。有效的提高了材料的本征电导率，提高了材料的电化学性能。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池负极材料纳米氧缺位型钛酸锂的制备方法，所述的这种方法要解决现有技术中的合成工艺生产成本高、生产周期长、能源消耗大的技术问题。

本发明一种锂离子电池负极材料纳米氧缺位型钛酸锂的制备方法，包括如下步骤：

1）、称取150质量份的二氧化钛，加入75质量份的去离子水配制成二氧化钛悬浮液，搅拌的状态下，将悬浮液倒入球磨机中进行球磨，获得纳米尺寸锐钛矿型TiO₂浆料，控制平均颗粒尺寸为100-300nm（D₅₀粒径）；