[发明专利]一种钛酸锂电池负极材料的改性方法

说明书

【技术领域】

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种钛酸锂电池负极材料的改性方法。

【背景技术】

与典型的石墨负极材料相比，钛酸锂作为电池负极材料具有零应变、放电电压平稳、不易产生锂枝晶等优点。但是钛酸锂负极材料中含有锂离子，在充放电过程中会占据部分负极嵌锂活性位，减小正极活性锂离子在负极表面的嵌入量，导致电池容量较低。此外，钛酸锂负极材料的锂离子迁移通道较小，离子电导率与电子电导率低，倍率性能较差。

目前，钛酸锂电池负极材料的改性方法集中于金属离子掺杂及碳材料包覆，多为固相反应法、溶胶-凝胶法及水热离子交换法。其中，固相反应法流程简单，但制备过程中锂和含锂化合物容易蒸发，锂与钛的摩尔比例难以控制，容易生成较多副产物；溶胶-凝胶法和水热离子交换法制备的钛酸锂具有较好的结晶度，但工艺复杂，废水处理困难，综合效益较低。

鉴于此，实有必要提供一种钛酸锂电池负极材料的改性方法以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明提出一种提高钛酸锂电池容量并有效改善其充放电性能的钛酸锂电池负极材料的改性方法。

本发明提供的一种钛酸锂电池负极材料的改性方法，包括以下步骤：

1)将钛酸四丁酯与赖氨酸按照10:(2.5-3)的摩尔比例加入乙醇与去离子水的混合溶液中，搅拌溶解后形成混合液A；

2)将锆源、氮源及锂源分别按照锆源:钛酸四丁酯＝(1-1.5):10、氮源:钛酸四丁酯＝(1-1.5):10、锂源:钛酸四丁酯＝(1-1.2):10的摩尔比例先后加入所述混合液A 中，搅拌一段时间后形成混合液B；

3)将所述混合液B密封后放入80-100℃的条件下反应，反应完成后进行抽滤、水洗及烘干得到固体物质；

4)将步骤3)得到的固体物质放入400-600℃的条件下焙烧6-8h。

在一个优选实施方式中，步骤1)中，乙醇与去离子水按照1:2的体积比混合。

在一个优选实施方式中，步骤2)中，将锆源、氮源及锂源加入所述混合液 A后超声搅拌2-3h。

在一个优选实施方式中，步骤3)中，将所述混合液B密封后放入80-100℃的微波反应器中反应2-3h。

在一个优选实施方式中，所述锆源为八水合氯氧化锆、硝酸氧锆或者异丙醇锆。

在一个优选实施方式中，所述氮源为尿素或者乙二胺。

在一个优选实施方式中，所述锂源为硝酸锂、碳酸锂或者醋酸锂。

本发明提供的钛酸锂电池负极材料的改性方法中，以赖酸氨为结构导向剂、钛酸四丁酯为钛源，结合锆源、氮源及锂源获得Zr、N掺杂的钛酸锂，其显微结构呈花状，可以避免颗粒团聚，降低制浆、涂布及辊压的难度；引入Zr占据部分Ti的位置，使锂离子嵌入通道增大，有利于锂离子嵌入，增大电池容量，也提高了大电流的通过能力，从而提高电池充放电性能；利用N和Zr同时进行掺杂，可平衡材料表面电荷，保证稳定性，提高电池循环性能。此外，该方法步骤简单、易于操作且原料价廉易得。

【附图说明】

图1是由实施例1获得的钛酸锂电池负极材料的SEM图。

【具体实施方式】

本发明提供一种钛酸锂电池负极材料的改性方法，包括以下步骤：1)将钛酸四丁酯与赖氨酸按照10:(2.5-3)的摩尔比例加入乙醇与去离子水的混合溶液中，搅拌溶解后形成混合液A；2)将锆源、氮源及锂源分别按照锆源:钛酸四丁酯＝(1-1.5):10、氮源:钛酸四丁酯＝(1-1.5):10、锂源:钛酸四丁酯＝(1-1.2):10的摩尔比例先后加入所述混合液A中，搅拌一段时间后形成混合液B；3)将所述混合液B密封后放入80-100℃的条件下反应，反应完成后进行抽滤、水洗及烘干得到固体物质；4)将步骤3)得到的固体物质放入400-600℃的条件下焙烧6-8h。

具体的，步骤1)中，乙醇与去离子水按照1:2的体积比混合。步骤2)中，将锆源、氮源及锂源加入所述混合液A后超声搅拌2-3h。步骤3)中，将所述混合液B密封后放入80-100℃的微波反应器中反应2-3h。

优选的，所述锆源为八水合氯氧化锆、硝酸氧锆或者异丙醇锆。所述氮源为尿素或者乙二胺。所述锂源为硝酸锂、碳酸锂或者醋酸锂。

实施例1