[发明专利]一种粒度集中分布的钛酸锂复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种粒度集中分布的钛酸锂复合材料的制备方法，属于新能源新材料技术领域。金属盐溶液、锂源溶液、螯合剂溶液以顺序滴加的方式加入到钛源溶液中，形成乳白色溶胶。溶胶水浴凝胶化，凝胶化前驱体经处理后，进行碳包覆得到复合改性的钛酸锂复合材料。本发明控制钛源水解程度，对产品的粒度分布进行控制，随后对粒度分布进一步集中化。在粒度分布集中的同时，金属离子的掺杂和碳的包覆极大的提高钛酸锂材料的电导率，改善材料的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于一种锂电池技术领域，涉及一种粒度集中分布的钛酸锂复合材料的制备方法。

技术背景

自从锂离子电池诞生以来，研究过的负极材料主要有：碳材料、氮化物、锡基材料、硅基材料、纳米氧化物等。在众多的负极材料中，目前真正大规模应用于生产中的还是碳材料。但由于插锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出而形成锂枝晶，从而引起短路；而且大多数的电解液在此电位下不稳定，电解质易在电极表面分解，产生可燃气体混合物，存在着安全隐患；另外，碳电极中Li⁺的插入将引起10％的体积形变，导致颗粒间的不连续，引起电极/电解质及电极/集流体界面的松散与剥落。这些因素都促使着研究者们对原有负极材料进行修饰和改性研究，并不断寻找性能优良的新型锂离子电池负极材料。

Li₄Ti₅O₁₂相对锂电极的电位为1.55V，理论容量175mAh/g，实验比容量达到了165mAh/g以上。Li⁺插入和脱嵌对材料结构几乎没有影响，被称为“零应变”材料，具有循环性能优良、放电电压平稳、嵌锂电位高而不易引起金属锂析出、能够在大多数液体电解质的稳定电压区间使用、库仑效率高（接近 100%）、材料来源广、清洁环保等优良特性，具备了下一代锂离子电池必需的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。另外，Li₄Ti₅O₁₂还具有明显的充放电平台，平台容量可达放电容量的90%以上，充放电结束时有明显的电压突变等特性。

钛酸锂是一种由金属锂和低电位过渡金属钛组成的复合氧化物，自20世纪70年代被作为超导材料被研究以来，因为它相对于锂片的高电位和较低的能量密度一直断断续续的被人所关注，直到1999年前后，人们才对尖晶石结构钛酸锂进行了大量研究。作为具有缺陷的尖晶石结构，钛酸锂为锂离子的迁移提供了三维扩散通道，正是由于Li⁺的嵌入和脱嵌几乎对材料的结构没有影响，钛酸锂电池通常具有循环性能优良、放电电压平稳、嵌锂电位高而不易引起析锂，能够在大多数液体电解质的稳定区间内使用，钛酸锂通常被称作零应变材料，钛酸锂作为负极使用不会形成SEI膜，降低了锂离子电池的不可逆容量消耗，钛酸锂具有可供锂离子快速运动的三维通道，并且电位平台宽，循环寿命长、不形成SEI等优良电化学特性，是非常理想的活性材料。但钛酸锂的电子导电能力差，电化学反应过程中极化严重，并产生大量热，对电极的使用不利，因此，对钛酸锂材料粒度分布的控制，碳包覆和掺杂、金属阳离子掺杂显得尤其重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述缺点，提供一种粒度集中分布的钛酸锂复合材料的制备方法，本发明方法制备得到的复合材料粒度分布集中化，并且能够克服钛酸锂材料电导率和离子扩散系数低的缺点，从而提高材料的循环和倍率性能。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种粒度集中分布的钛酸锂复合材料的制备方法，步骤包括：

（1）原料溶液配制：将钛源溶解于无水乙醇中配制为0.1～0.5 g/ml的钛源溶液，将异丙醇铝溶于无水乙醇中得到 0.01～0.1g/ml的金属离子溶液，将二水醋酸锂溶于体积比3:10的无水乙醇和水中得到0.05～0.2 g/ml的锂源溶液，将螯合剂溶于水中得0.1～0.6g/ml的螯合剂溶液，备用；