[发明专利]一种掺杂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电极材料的制备技术领域，具体涉及一种掺杂钛酸锂负极材料的制备方法。

背景技术

目前已广泛应用于移动电话、笔记本电脑等电子产品中的锂离子电池具有比能量大、比功率高、自放电小、循环特性好以及可快速充电且效率高、工作温度范围宽、无环境污染等优点，目前市场上所用锂离子电池，基本都是以碳材料为负极，但是碳材料为负极在实际应用中还有一些难以克服的弱点，例如，首次放电过程中与电解液发生反应形成表面钝化膜，导致电解液的消耗和首次库伦效率较低；碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，从而可能会引起短路，进而导致电池爆炸。为了解决锂电池的安全问题，人们做了大量的研究。尖晶石Li4Ti5O12 作为一种新型的锂离子二次电池负极材料，与其它商业化的材料相比，具有循环性能好、不与电解液反应、安全性能高、充放电平台平稳等优点，是近几年来备受关注的最优异的锂离子电池负极材料之一。

钛酸锂(Li4Ti5O12) 是一种“零应变”材料，在锂离子脱嵌和嵌入过程中其晶格不发生相应的收缩与膨胀，所以材料结构非常稳定，循环性能也较好。钛酸锂充放电平台大约在1.55V 左右，理论比容量为175mAh/g，实际比容量可达165mAh/g，且容量贡献集中在平台区域。此外，钛酸锂与商品化的碳负极材料相比，常温下具有较大的扩散系数，通常具有更好的电化学性能和安全性。但钛酸锂导电性差，高倍率环境下比容量衰减迅速，掺杂包覆是改善其性能最有效的手段。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种全新的钛酸锂锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明先将锂盐、纳米二氧化钛和二氧化硅、葡萄糖按一定比例通过湿法球磨喷雾干燥，然后在惰性气氛条件下煅烧，随炉冷却后的初样品经过球磨筛分后即得到锂离子电池负极材料。本发明原料来源丰富，制备工艺简单，制备出的负极材料导电性优良，可逆容量高，循环性能优异。

本发明的目的具体是通过以下技术方案得以实现的，一种掺杂钛酸锂负极材料的制备方法的制备方法，步骤如下：

（1）将锂源、纳米二氧化钛和二氧化硅、葡萄糖按照一定的物料比加入到球磨机中，以无水乙醇为介质球磨3～24小时；

（2）将球磨后所得浆料喷雾干燥，得到粉体混合物料；

（3）将所得粉体混合物料在惰性气氛下从室温以5～20℃/min的速度升温至800～900℃，并保持1～3h小时，冷却后得到掺杂的钛酸锂复合材料初产品；

（4）将初产品在球磨机中球磨处理1～4 小时，过200目筛后，即得到本法米掺杂改性的钛酸锂复合负极材料。

所述锂源为醋酸锂、硫酸锂、草酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种。。

所述的纳米二氧化钛为锐钛型，粒径10～20nm，纯度>99％。

所述惰性气氛条件为氮气或者氩气气氛。

所述锂源（以锂元素计)、纳米二氧化钛物质的量之比为1：1，加入二氧化硅、葡萄糖的质量分别为锂源、二氧化钛二者质量之和的2.5%～10%、3%～5%。

所述的纳米二氧化硅为气相法沉积制备，其粒径不大于30纳米。

与现有技术相比，本发明方法的优点与有益效果在于：

1.通过原位加入纳米二氧化硅，使其进入钛酸锂晶格之中，修饰钛酸锂材料的内部结构，同时起到骨架支撑的作用，保证材料的循环稳定性；

2.加入葡萄糖，在高温处理后，葡萄糖碳化形成性能优异的碳质导电剂，可以弥补钛酸锂导电性能的不足，同时，碳材料的微孔结构有利于锂离子的快速脱嵌，提高材料的倍率性能和低温性能；

3.本发明制备工艺简单、价格低廉，利用掺杂和碳改性所制备出的材料具有充放电效率高、充放电反应可逆性好、结构稳定、循环性能优异等诸多优点。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1