[发明专利]一种锂离子二次电池钛酸锂负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子二次电池钛酸锂负极材料的制备方法，首先将掺杂金属源与刚性多元环的多羧酸化合物在水热溶剂热条件下制备得到多孔配位聚合物，然后将多孔配位聚合物分散于有机钛的甲醇或乙醇溶液中，并在分散液中加入一定量的去离子水，最后将得到的TiO2改性聚合物与锂源进行研磨、干燥和烧结，得到金属掺杂的钛酸锂负极材料。本发明将生成的多孔配位聚合物为微反应器，在一定条件下生成高反应活性的二氧化钛纳米粒子；同时，掺杂离子与二氧化钛为原子级混合，有助于金属掺杂的钛酸锂快速成相。本发明钛酸锂负极材料组合的电池经电性能测试表明，其在50C倍率下放电比容量达到125‑135mAh/g，容量保持率达到75%以上。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的加工制造领域，具体是一种锂离子二次电池钛酸锂负极材料的制备方法。

背景技术

随着便携式电子设备和电动汽车的发展，对具有高功率的电池需求日益迫切，激发了大量科研人员投入到锂离子电池负极材料的探索和研究。石墨是目前商业化应用最广泛的锂离子电池负极材料。然而，石墨在大倍率条件下充放电性能较差，特别是在天气寒冷的东北及汽车存在的爬坡状况下，已不能满足当今社会对电池的应用需求。相比于石墨，钛矿储存相当丰富，被认为是一种极具竞争力的锂离子负极材料。此外，钛酸锂的电极电势1.5V，避免充放电过程中锂枝晶的形成，因此能有效提高电池的安全性能。

但是，因钛酸锂存在本征的导电性差的问题，限制了钛酸锂的大规模应用。目前，提高钛酸锂导电性普遍的方法是采用钛酸锂材料纳米化、掺杂金属离子造成空穴及碳包覆的方法。涉及的制备方法主要有原料混合、固相法烧结。但是以上方法存在混料不均导致制备材料纯度不高，影响材料电性能发挥。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子二次电池钛酸锂负极材料的制备方法，解决现有技术方法制备的钛酸锂导电性差、成相纯度低带来的技术问题

本发明的技术方案为：

一种锂离子二次电池钛酸锂负极材料的制备方法，具体包括有以下步骤：

(1)、以含有铬、铌、钒或铝金属元素的金属盐中的一种或几种组合作为金属源，含羧酸或者含氮及羧酸的有机小分子化合物作为配体，将金属源、配体和溶剂置于聚四氟乙烯反应釜中混合并搅拌均匀；其中，金属源与含羧酸或者含氮及羧酸的有机小分子配体的摩尔比为5-1:1；

(2)、将步骤(1)搅拌完成后的聚四氟乙烯反应釜置于鼓风干燥箱中，在温度100-200℃的范围内加热10-72小时，最后随炉冷却至室温，再过滤、洗涤、干燥得到金属聚合物单晶；

(3)、将金属聚合物单晶分散于有机溶剂中，搅拌均匀后过滤并进行真空干燥，得到金属聚合物；

(4)、将金属聚合物分散于含有有机钛的甲醇或乙醇溶液中，搅拌使金属聚合物充分吸附有机钛，然后向分散液中滴加适量的去离子水，使有机钛分解制得TiO2改性聚合物；

(5)、将TiO2改性聚合物转移至去离子水中，按计量比加入氢氧化锂，进行研磨、喷雾干燥和烧结，制得金属掺杂的钛酸锂粒子。

所述的金属盐选用硝酸或醋酸盐。

所述的含羧酸或者含氮及羧酸的有机小分子化合物选用1,4-苯二甲酸、4,4'-联苯二甲酸、3,5-吡啶二甲酸、3-吡啶甲酸、4-吡啶甲酸、2,2'-联吡啶-4,4'-二甲酸、1,3-苯二甲酸、均苯三甲酸、3,5-吡唑二甲酸、1,4-对苯二乙酸、3,5,3',5'-四甲基-1H,1'H-[4,4']联吡唑和1,2,4,5-苯四甲酸中的一种或者几种组成的混合物。

所述的步骤(1)中的溶剂选用去离子水、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃中的一种或几种组成的混合物。

所述的步骤(4)中的有机钛选用四异丙基钛。