[发明专利]一种钛酸锂负极材料的改性方法

说明书

本发明公开一种钛酸锂负极材料的改性方法，改性钛酸锂负极材料的包覆材料为Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃，其制备方法包括：采用固相球磨制备纯相钛酸锂前驱体，并与钡源、镁源、钽源混合，采用溶胶‑凝胶法，在空气气氛中煅烧得到Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃包覆的钛酸锂负极材料。本发明采用溶胶‑凝胶法可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性；形成凝胶时，可以使反应物达到分子级水平的混合，合成出的产品粒径均匀，使得Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃可以均匀的包覆在钛酸锂表面，抑制颗粒的增长，不仅表现出更高的电化学活性，而且可以降低负极材料的pH值，抑制负极材料的吸水性；负极材料中Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃包覆层化学稳定性好，在反复的充放电过程中，可有效的保持钛酸锂的结构稳定，提升钛酸锂的倍率和循环性能。

技术领域

本发明属于新材料领域和能源领域，涉及一种锂离子电池负极材料，具体是一种钛酸锂负极材料的改性方法。

背景技术

为了更好的应对人类社会日益严重的能源危机，开发新的能源材料、发展新的能源与环保技术成为亟待解决的世界性课题。钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂，LTO)材料的尖晶石骨架结构在脱嵌锂过程中几乎无体积膨胀和收缩，具有“零应变”特性，由于其具有良好的低温和大倍率充放电性能，近年来成为研究热点。

目前，钛酸锂的合成方法主要包括：高温固相法、溶胶-凝胶法、微波合成法及水热法等。H.Y.Yu等人将TiO₂、Li₂CO₃和适量酚醛树脂在乙醇中混合球磨，N₂气保护下800℃烧结12h制得Li₄Ti₅O₁₂材料，该样品3C下首次放电容量可达144mAh/g(《High-ratecharacteristics of novel anode Li₄Ti₅O₁₂/polyacene materials for Li-ionsecondary batteries》,Electrochim Acta,2008,53:4200-4204)。J.Huang采用CNTs修饰的钛酸锂，在5C下循环500次的比容量为142mAh/g，为首次放电容量的97.9％(《Thepreparation and characterization of Li₄Ti₅O₁₂/carbon nano-tubes for lithiumion battery》,Electrochim Acta,2008,53(26):7756-7759)。Y.Li等采用微波合成法以Li₂CO₃和锐钛矿为原料，成功制备了粒径为40-50nm的球形钛酸锂颗粒，在0.1mA cm^-2和0.4mA cm^-2电流密度下的首次放电比容量分别为162mAh/g和144mAh/g(《Microwave solid-state synthesis of spinel Li₄Ti₅O₁₂ nanocrystallites as anode material forlithum-ion batteries》,Solid State Ionics,2007,178(29-30):1590-1594)。张欢等将TiO₂和NaOH溶液混合后通过水热反应制得钛酸纳米管，并与LiOH溶液离子交换反应后热处理得到钛酸锂，表现出极好的倍率性能，10C倍率下具有140mAh/g的放电比容量(《离子交换法合成纳米级锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂》，无机化学学报,2010,26(9):1539)。