[发明专利]一种Al、F、R掺杂钛酸锂负极材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种Al、F、R掺杂钛酸锂负极材料的制备方法与其应用，制备方法包括以下步骤：向醋酸锂的乙醇‑水溶液中加入钛酸四丁酯后再加入冰醋酸形成溶胶，之后向溶胶中加入R_xAlO₂·R_xF复合盐的乙醇溶液，静置得到凝胶；其中R为Na、Mg、Zr或Sn元素，x=0.25~1；将凝胶于60~80℃恒温6~12 h，之后于300~400℃进行第一步煅烧，然后升温至900~1100℃进行第二步煅烧，两步煅烧时间共12小时，之后冷却至室温后研磨即得。本发明合成的Al、F、R掺杂钛酸锂负极材料表现出良好的导电性、优异的快速充放电性能、低温性能以及高首效率，更好的结构稳定性，并可提高电池的安全性。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种基于R_xAlO₂·R_xF复合盐的Al、F、R掺杂钛酸锂纳米颗粒作为锂离子电池负极材料的制备方法与应用。

背景技术

随着锂离子电池在电子设备中的应用和锂离子电池有望解决动力电池领域的问题，近年来人们对锂离子电池的关注大大提高了。然而，目前已商业化的石墨负极存在诸多问题，例如锂枝晶析出导致的电源短路问题，使得锂离子电池的安全性受到重视。钛酸锂作为新型锂离子电池负极材料，极高的充放电平台和充放电过程中体积变化很小(被称为“零应变”材料)，保证了电池的安全性。但是钛酸锂固有的电子电导率低的问题制约了其发展，目前已经有诸多方法对钛酸锂进行改性从而提高其导电性以及低温性能，掺杂是其中之一。掺杂与其他改性手段如表面包覆、复合材料以及纳米化相比，能够保持更好的结构稳定性，并有利于增强电子导电性和提高电池的安全性。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种Al、F、R掺杂钛酸锂负极材料的制备方法，其是由R_xAlO₂·R_xF(R可为Na、Mg、Zr、Sn等)复合盐制备Al、F、R掺杂钛酸锂纳米颗粒，得到可作为高安全性、可快速充放电、低温性能并且超长寿命的锂离子电池负极材料使用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种Al、F、R掺杂钛酸锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置醋酸锂的乙醇溶液，之后加入去离子水，并缓慢搅拌；

(2)向步骤(1)得到的溶液中缓慢滴加钛酸四丁酯并继续搅拌，加入硝酸以抑制钛酸四丁酯的水解；

(3)加入冰醋酸，剧烈搅拌后形成溶胶；

(4)向步骤(3)得到的溶胶中加入R_xAlO₂·R_xF复合盐的乙醇溶液，静置得到凝胶；其中R为Na、Mg、Zr或Sn元素，x＝0.25～1；

(5)将步骤(4)得到的凝胶于60～80℃恒温6～12h，得到前驱体；

(6)将所述前驱体于300～400℃进行第一步煅烧，然后升温至900～1100℃进行第二步煅烧，两步煅烧时间共12小时，之后冷却至室温后研磨得到所述Al、F、R掺杂钛酸锂负极材料。

步骤(1)中，所述醋酸锂的乙醇溶液，浓度为0.25～1M。

步骤(2)中，所述醋酸锂与所述钛酸四丁酯摩尔比为0.80～0.85:1。

步骤(2)中，所述硝酸的加入量为4滴，所述硝酸为质量分数为68％的硝酸溶液。用以抑制钛酸四丁酯的水解。

步骤(3)中，所述冰醋酸与所述醋酸锂的摩尔比为2:1。

步骤(4)中，所述R_xAlO₂·R_xF复合盐的乙醇溶液，浓度为0.25～1M。