[发明专利]一种离子掺杂的钛酸锂负极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池领域，特别地，涉及一种高能球磨法结合固相法制备离子掺杂的钛酸锂负极材料的方法。

背景技术

 随着科学技术和信息技术的发展，尤其是移动通讯、笔记本电脑、摄像机等便携式电子产品的迅速发展，人们对电池的小型化、轻型化、高功率、高能量、使用寿命和环境友好程度，提出了越来越高的要求。而传统的铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池等，因使用寿命短，能量密度较低以及环境污染等问题大大地限制了它们的使用。因此需要寻找替代传统铅酸电池和镍—镉电池的可充电电池，开发无毒无污染的电极材料、电解液和电池隔膜以及对环境无污染的电池是目前电池行业首要任务。而锂离子电池的优点使其成为有力的候选者。

 目前商品化锂离子电池主要以石墨化碳材料为负极。但碳负极材料存在以下缺点：电池过充电时，碳负极材料表面容易形成锂枝晶从而引起电池短路或爆炸；首次充放电效率低；碳负极材料容易与电解液发生反应，循环性能降低；存在电压滞后等问题。不能满足便携式电子产品对电池高比能量化的要求，特别是汽车动力电池必须具有更高的能量密度，更低的成本和更好的安全性，导致石墨负极材料在此方向发展的受到制约。

 与碳负极材料相比，尖晶石型的Li₄Ti₅O₁₂（钛酸锂）被称为零应变材料，循环性能好；放电电压平稳，不与电解液反应，安全性能好等优点；与碳负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s)，可高倍率充放电等；钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝等优势。所以近年来Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料得到广泛研究。但是由于Li₄Ti₅O₁₂材料的电子导电率和离子导电率较小，在大电流充放电时容量衰减较快，故提高Li₄Ti₅O₁₂的倍率性能成为有待解决的问题。为了提高其导电能力，因此，许多研究都集中在对该材料制备工艺的探索、优化和元素掺杂改性上。

 目前，Li₄Ti₅O₁₂的制备方法很多，包括高温固相合成法、溶胶-凝胶法、水热离子交换法、喷雾干燥法等。这些方法具有产物纯度高、热处理低的优点，但是其在制备过程需要添加有机化合物或阻燃剂，造成环境污染，而且生产周期长，造成成本高，工艺复杂，难以实现大规模生产。而固相合成法制备Li₄Ti₅O₁₂，存在成分不均一，产品批次差异大的缺陷，但是其方法简单、操作步骤少、生产效率高等优点，使其在产业化方面具有很大的优势。

发明内容

 为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于一种离子掺杂钛酸锂负极材料的制备方法，解决现有技术中钛酸锂负极材料导电率低，倍率性差，锂离子电池体积比能量密度低的问题。

 本发明所采用的技术方案是：一种离子掺杂的钛酸锂负极材料制备方法，其包括如下步骤：

1)、 按碳酸锂：锐钛矿型二氧化钛：掺杂离子添加物中的锂元素（Li）：钛元素（Ti）：掺杂元素的摩尔比为0.8-0.84 ∶1 ∶ 0.015-0.04的比例配比材料待用；

2）、按步骤1）的材料的总重量的25%称量纯净水待用；

3）、将步骤1）和2) 的材料混合后放入MITR-YXQM-2L油封静音行星式高能球磨机内，在250r/min的速度下球磨2h，得到膏状的物料；

4)、将步骤3）所得膏状的物料在80℃真空干燥得到前驱体的粉末；

5)、将步骤4）所得粉末放入HY-MB高温节能马弗炉中，在空气气氛下900℃焙烧16小时，之后随炉温降至室温，得到Li₄Ti_(5-x)Y_xOi₂或Li₄Ti₅Y_xOi_2-x粉体；

6）、将得到的粉体放入MITR-YXQM-2L油封静音行星式高能球磨机内，采用直径5mm的球磨介质与物料的质量比为3:1，在400r/min的速度下球磨6h，球磨后得到的粉体经400目筛子筛分得到最终的电极浆料所需的钛酸锂负极材料。

 其中步骤3） 在80℃真空度为0.1MPa。