[发明专利]一种球形碳包覆钛酸盐复合负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种球形碳包覆钛酸盐复合负极材料的制备方法，步骤包括：配置氯化盐溶液，再与乙醇搅拌混合完全，得到混合溶液；将钛酸四丁酯加入到混合溶液中充分水解沉淀，将生成的白色沉淀过滤洗涤，干燥、研磨，得到球形二氧化钛前驱体；将碳源、钠源和球形二氧化钛前驱体加入到去离子水中，加热搅拌至完全溶解；或者将碳源、锂源和球形二氧化钛前驱体加入到去离子水中，加热搅拌至完全溶解；继续加热搅拌至蒸干，干燥、研磨，得到钛酸盐前驱体；将钛酸盐前驱体在惰性气氛下恒温加热，冷却后研磨，得预烧结粉末；将预烧结粉末在惰性气氛下恒温煅烧，冷却后研磨、过筛，获得球形碳包覆钛酸盐复合负极材料。

技术领域

本发明涉及钠、锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种球形形貌的碳包覆钛酸盐复合负极材料及其制备方法。

背景技术

自1990年商品化以来，锂离子电池因其高能量密度、轻质量等特点在下一代新能源电动车和大规模能源储存系统应用中具有很大的优势。然而，在大规模的应用中，成本和储量将取代能量密度成为一个很重要的影响因素。钠离子电池相对于锂离子电池更有优势。首先，钠元素的储量在地球上排行第六，锂的储量则排在第三十二。其次，碳酸钠的价格为0.07-0.37英镑/千克，相对于碳酸锂的4.11-4.49英镑/千克便宜很多。更重要的是，钠和锂有着相同的物理和化学性质。因此，在锂离子电池上建立的理论同样可以应用于钠离子电池上。

钠离子电池的是一种非常有前景的化学电源，在对能量密度和体积要求不高的新能源存储和电网调峰等大型储能装置领域具有广阔的前景。为了发展性能优异的钠离子电池，开发具有高能量密度的电极材料至关重要。与钛酸锂性质相似的钛酸钠(Na₂Ti₃O₇)是一种重要的钠离子电池负极材料。钛酸钠嵌钠前后的体积变化率小于0.8％，是一种结构稳定性好的氧化物负极材料，具有优异的循环性能。但是钛酸钠的电子导电性和离子导电性较差，导致容量不能充分发挥，大电流放电性能差。

申请号为201510056054.4的中国发明专利采用喷雾造粒的方式制备出球形钛酸钠/石墨烯复合负极材料。申请号为201611008455.3的中国发明专利同样采用喷雾造粒的方式制备出球形钛酸锂复合负极材料。申请号为201610298468.2的中国发明专利也同样采用喷雾造粒的方式制备出球形钛酸锂/石墨烯复合负极材料。虽然采用喷雾造粒的方式能够制备的电性能优异球形钛酸盐材料，但是采用喷雾造粒的方式受制于喷雾干燥机的限制，产能低，喷雾过程实验参数也难以控制，制备的材料批次稳定性差。

又如申请号为201710771332.3的中国发明专利公开了一种碳包覆钛酸锂的制备方法，但其由于采用的是现有已知的传统固相法，制备的碳包覆钛酸锂电极材料为不规则颗粒状，尺寸大小不一。申请号为201210344585.X的中国发明专利公开了一种高振实密度球形钛酸锂的制备方法，但由于其采用的是水/乙醇弱碱性混合溶液来控制钛酸四丁酯水解，钛酸四丁酯水解速度控制能力有限，因此球形度、粒径尺寸控制能力也有限。申请号为201310615695.X的中国发明专利同样也公开了一种球形钛酸锂的制备方法，通过制备的球形二氧化钛前驱体与锂盐水热反应制备球形钛酸锂，但水热方法产能低、重复性差，且钛酸锂表面无碳包覆，影响电化学性能。

因此，如何开发性能优异的球形钛酸钠、钛酸锂电极材料，简化工艺路线、降低成本、提高批次稳定性成为本领域亟待解决的关键技术问题。

发明内容

为克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种球形碳包覆钛酸盐复合负极材料的制备方法，工艺流程简单，制备的球形碳包覆钛酸盐复合负极材料导电性好，离子扩散速率高，放电克容量高，大倍率下循环性能优异。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:

一种球形碳包覆钛酸盐复合负极材料的制备方法，如图1所示，步骤包括：