[发明专利]一种锡粉掺杂钛酸锂锂离子电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池能源材料生产技术领域。

背景技术

随着全球能源危机与环境污染的加剧，新能源的发展和应用势在必行。目前储能领域被广泛应用的是二次电池，锂离子电池作为其中的一种，以其循环寿命长、比容量大、无记忆效应和工作电压高、对环境无污染等诸多优势广泛应用于手机、数码相机、手提电脑等各类小型便携式装置中。如今各种商业化的锂离子电池负极材料都是以碳类材料为主，但是，碳做负极的锂离子电池在应用上存在着弊端，例如，过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能；易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大；碳材料的平台电压较低(接近于金属锂)，并且容易引起电解液的分解；在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差从而带来安全隐患。为了解决碳做负极的锂电池的缺陷，安全可靠的锂离子电池负极材料发展很重要。近年来，各种负极材料在基础研究方面也得到了一定程度的发展，如钛酸锂材料、锡基材料、硅基材料、金属氧化物材料氮化物材料等。

钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）作为一种锂离子电池的负极材料受到了越来越多的研究和关注，作为锂离子动力电池具有巨大的研究价值和应用前景。Li₄Ti₅O₁₂相对锂电极的电位为1.55V，理论比容量为175mAh/g，大量的文献中报道，该材料的实际比容量达到了150～170mAh/g。Li₄Ti₅O₁₂电子导电性差，但具有较好的Li⁺离子导电性，当外来的Li⁺离子嵌入到尖晶石结构中时，随着Li⁺离子嵌入量的增加，Li₄Ti₅O₁₂由绝缘体逐渐转化成导电性能良好的Li₇Ti₅O₁₂，嵌锂过程中生成的Li₇Ti₅O₁₂的晶体结构和Li₄Ti₅O₁₂相同亦为尖晶石结构。Li₄Ti₅O₁₂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝，为保障锂电池的安全提供了基础，Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料，在充放电时，锂离子的嵌入和脱嵌对材料的结构几乎没有影响，是种“零应变材料”，Li₄Ti₅O₁₂材料的这些优势决定着其作为锂离子电池负极材料具有很好的应用前景。

导电能力是固体材料的一项重要物理性能，其衡量指标为电导率。Li₄Ti₅O₁₂是一种近乎绝缘的材料，导致其在高倍率下容量衰减快，性能较差。同时Li₄Ti₅O₁₂颗粒大小与电解液接触面积也是影响其高倍率性能的重要因素。

通过掺杂金属到钛酸锂本体中是一种行之有效的改良方法，中国科学院上海硅酸盐研究所的黄莎华通过银掺杂，使得其材料在较高的倍率多次循环下才衰减3.31%能够到达184.2mAh/g；南洋理工大学的李承超通过掺杂金制备的钛酸锂，在高倍率下，材料的循环性能依旧保持良好。但是，金银是稀有金属，锡作为廉价的良好的导电材料完全可以取代金银。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可生产出良好的导电材料的廉价的锡掺杂钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂/Sn）新型锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）在球磨机内，将碳酸锂和二氧化钛、无水乙醇混合进行反应，反应完成后置于80℃条件下烘干，得到钛酸锂前驱物，再将钛酸锂前驱物在空去气氛下煅烧得到钛酸锂；

2）在球磨机内，将钛酸锂和锡粉、无水乙醇混合进行反应，待挥发乙醇后，将反应物再放入真空干燥箱里烘干得到锡粉掺杂钛酸锂锂离子负极材料。