[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，本发明将钠盐、钡盐、锶盐、锂盐、钛盐按一定比例混合，经球磨、烘干、研磨、烧结合成制备新的锂离子电池负极材料，其化学式Na_0.5Ba_0.25Sr_0.5Li₂Ti₆O₁₄，并研究了其电化学性能和储锂性能。电化学实验证明本方法制备的复合材料具有优异的物理化学性能，作为锂离子电池负极材料具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，合成方法简单，易于操作，材料制备成本低，设备投资少，适合批量生产。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种新型锂离子电池负极材料及其制备方法，特别是涉及对钛酸钠锂电池负极材料进行钡、锶离子的掺杂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其具有工作电压高，质量轻，比能量大，自放电小，循环寿命长，无记忆效应，无环境污染等突出优点，成为电子装置小型轻量化的理想电源，也是未来汽车高能动力电池的首选电源。负极材料是锂离子电池中的主要组成部分之一，负极性能的好坏直接影响到锂离子电池的性能。Na₂Li₂Ti₆O₁₄作为一种潜在的锂离子电池负极材料具有较低的放电电压平台、较好的离子电导率、较高的理论容量、充放电时不会形成SEI膜等优点，因此该材料与正极材料组装成电池可以获得高输出电压、安全、循环寿命长的锂离子电池，且有望满足电动汽车动力需求。但是Na₂Li₂Ti₆O₁₄负极材料的大倍率性能较差。

为使得电化学性能得以提高，研究者们提出了许多改进的措施，其中最普遍的做法是纳米化、可导电层包覆和离子掺杂。离子掺杂因其合成原料丰富、合成过程简便、无需进行后续处理等优点，成为众多研究者选择的改性措施。掺杂是目前提高负极材料导电性、减小极化程度，改善其倍率放电性能行之有效的方法之一。为解决Na₂Li₂Ti₆O₁₄负极材料倍率低的问题，本发明采用对Na₂Li₂Ti₆O₁₄进行钡、锶离子掺杂，通过掺杂合成新的物质Na_0.5Ba_0.25Sr_0.5Li₂Ti₆O₁₄去改善钛酸钠锂电池负极材料的电化学性能。

钛酸锂材料的合成方法主要有固相法，溶液化学法、均相沉淀法、溶胶-凝胶法和气相法等。固相反应法是制备钛酸锂盐的传统方法之一，并且固相法原理和工艺简单，易于实现工业化生产。本发明是将原料混合后经过球磨处理后再焙烧的方法制备。原料经过球磨处理后焙烧制备的样品为纯相的钛酸锂盐，表明球磨可以提高原料混合的均匀度，产物的粒径分布也更加均匀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过对钛酸钠锂电池负极材料Na₂Li₂Ti₆O₁₄进行钡、锶掺杂制备新的电池材料Na_0.5Ba_0.25Sr_0.5Li₂Ti₆O₁₄。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种锂离子电池负极材料，该锂离子电池负极材料的化学式为Na_0.5Ba_0.25Sr_0.5Li₂Ti₆O₁₄。

在本发明中，该锂离子电池负极材料的首次放电比容量为160mAh g^-1，嵌锂电位为1.390～1.420V。