[发明专利]锂离子电池多孔碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法、制备的负极材料及以其为负极的电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池多孔碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤:无定型碳包覆钛酸锂材料形成碳包覆钛酸锂；以及将所述碳包覆钛酸锂进行活化处理，使表面的无定型碳成为多孔结构。该锂离子电池负极材料具有活化的碳包覆钛酸锂的碳表面，放电比容量大大提升。

技术领域

本发明属于锂离子电池研制领域，具体涉及锂离子电池多孔碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法、及其制备的锂离子电池多孔碳包覆钛酸锂负极材料，以该材料为负极的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池以其开路电压高、循环寿命长、能量密度高及自放电率小等优点被认为是便携式电器和电动汽车的理想动力能源。目前商用锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳/石墨材料。但是，含碳负极材料在第一次循环时形成一层表面钝化薄膜，大大消耗正极材料中的锂离子，造成很大的容量损失。同时，这种材料在高功率脉冲充电时固有的安全性不稳定。

尖晶石型钛酸锂的理论比容量为175mAh/g。作为一种极具前景的锂离子电池的电极材料，尖晶石钛酸锂具有在充放电过程中骨架结构几乎不发生变化的“零应变”特性，具有很好的充放电平台，嵌锂电位高，不易引起金属锂析出；同时，不与电解液反应，具有非常优越的循环性能和安全性能。此外，锂离子在钛酸锂材料中扩散速度快，有利于提高锂离子电池的大倍率充放电性能。目前已经实现钛酸锂电池纯电动公交车，其由于拥有快充、长寿命、耐高低温、高安全性等优点，已在商业上广泛应用。

但是目前制备的Li₄Ti₅O₁₂负极材料仍然存在着导电性差、密度低、比容量小等缺点。对钛酸锂材料运用离子掺杂、表面包覆等方法研究提高钛酸锂材料比容量、导电性在产业上具有强烈需求，对于钛酸锂做锂离子电池材料负极性能的提高有着重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池多孔碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤:无定型碳包覆钛酸锂材料形成碳包覆钛酸锂；以及将所述碳包覆钛酸锂进行活化处理，使表面的无定型碳成为多孔结构。

作为本发明的一种实施方式，所述将所述碳包覆钛酸锂进行活化处理是对所述碳包覆钛酸锂表面包覆的碳运用氢氧化钾活化处理。

作为本发明的一种优选实施方式，所述碳包覆钛酸锂的步骤使用水热法处理，所述碳包覆钛酸锂表面包覆的碳运用氢氧化钾活化处理使用高温煅烧法，所述包覆的碳原料包括葡萄糖、蔗糖。

而目前在钛酸锂电池改性方面，已经存在的碳包覆技术包括硬碳(葡萄糖、蔗糖、沥青等)包覆、石墨烯包覆等，其中硬碳包覆钛酸锂，再在包覆的表面进行活化打孔方法尚未有人进行过，所以该实验方法属于创新性实验，其优点是在不改变钛酸锂电池长寿命的前提下。与传统硬碳包覆相比，增大了碳包覆后材料的整体表面积，并且增多了锂离子进出的通道，可以大大增加材料的导电性。

用这种新型方案包覆的钛酸锂材料做负极可以大大增加材料的表面积，以及锂离子进出的通道，因而在碳包覆的基础上，材料的比容量会有一个很大程度的提升。

作为本发明的一种更优选实施方式，所述碳包覆钛酸锂表面包覆的碳为葡萄糖，葡萄糖用氢氧化钾活化处理过程中氢氧化钾与葡萄糖摩尔比为3：1，所述活化反应介质为无水乙醇，所述活化反应过程中每一个小时搅拌二十分钟，然后静置四十分钟，一共进行24小时的处理；之后所述活化的碳包覆钛酸锂进行烘干、并放入管式炉中800-850℃煅烧6-12小时。

作为本发明的一种进一步优选实施方式，所述煅烧工序为850℃煅烧10小时。

作为本发明的一种进一步优选实施方式，所述煅烧的活化的碳包覆钛酸锂还经过中和处理，所述中和处理为将所述煅烧的活化的碳包覆钛酸锂放入蒸馏水中搅拌均匀，逐滴加入10％的稀盐酸，直至溶液pH呈中性，之后抽滤去除KCl水溶液。