[發明專利]一種碳改性鈦酸鋰的制備方法

有效

• 申請號: 201010107707.4
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101777645A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 李月濤;王茹英;楊文勝;何立強;李剛
• 申請（專利權）人: 趙縣強能電源有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 董金國

技術領域

本發明涉及一種碳改性鈦酸鋰的制備方法，屬于一種鋰離子電池 負極材料的制備方法。

背景技術

尖晶石鈦酸鋰材料在鋰插入脫出過程中，晶格常數變化小于1％， 具有“零應變”的特點，而且其嵌鋰電位較高為1.55V(vs?Li/Li⁺)， 不會析出金屬鋰，而且高于一般電解液的還原電位，不形成SEI膜， 因此具有循環性能好、安全性能高的優點。但是鈦酸鋰為白色絕緣體， 本征導電性能差，因此需要對其進行改性，提高其倍率性能。

目前的主要改性方法有：(1)減小顆粒尺寸，使鈦酸鋰顆粒納米 化，縮短鋰離子的擴散距離；(2)陽離子和陰離子摻雜，引入自由電 子或電子空穴，提高材料的電子導電能力；(3)引入高導電相碳、銀、 銅等。

中國專利公開了一種“復合鈦酸鋰電極材料及其制備方法”(專 利號：ZL200610063612.0)，包括以下步驟：一、按比例將27.5-24.75 wt％無機鋰鹽、72.5-65.25wt％二氧化鈦、1-10wt％的納米碳包覆材料 或大于0-10wt％摻雜改性劑，用高速攪拌或球磨分散2至40小時制 得復合鈦酸鋰前驅體混合物；二、將上述混合物分散于有機溶劑乙醇 或丙酮中，采用瞬態干燥方法制得分散粉體；三、將分散粉體在500 至950℃的溫度范圍內熱處理4至40小時；四、自然冷卻至150℃以 下，進行粉碎和篩分。

上述制備方法的缺點是使用了有機溶劑，使生產成本增加、工藝 復雜，存在安全隱患。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供能夠改善鈦酸鋰材料的循環 性能和倍率性能，并且易于制備、成本低廉、環保無污染，適用于工 業化生產的一種碳改性鈦酸鋰的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：

本發明包括以下步驟：

(1)按重量份數比稱取下述各原料：

銳鈦型二氧化鈦：100

碳酸鋰：????????35-45

包覆用有機碳源：0.1-10

摻雜用無機碳源：0.1-12.8；

上述包覆用有機碳源和摻雜用無機碳源的重量份數比是按所含 碳計算的；

(2)將上述第(1)步稱取的各原料混合均勻粉碎后，在氮氣保 護下，進行第1次煅燒，煅燒溫度為550-650℃，煅燒時間為2-20 小時，得到預燒產物；

(3)將上述預燒產物機械混合粉碎后，在氮氣保護下，再進行 第2次高溫煅燒，煅燒溫度為700-900℃，煅燒時間為2-30小時， 將煅燒后所得產物機械粉碎后過200目篩得到碳改性的鈦酸鋰。

所述包覆用有機碳源為蔗糖或葡萄糖。

所述摻雜用無機碳源為導電石墨、碳納米管、乙炔黑中的一種或 兩種。

本發明采用兩步高溫煅燒，而且煅燒前后都進行機械混合粉碎， 保證了制備材料的均一性和高性能。

本發明不添加水、乙二醇和酒精等溶劑，為純固相合成。

本發明制備的碳改性鈦酸鋰材料，作為鋰離子電池的負極，以錳 酸鋰材料作為正極組裝成圓柱形14500電池，采用錳酸鋰過量，按照 碳改性鈦酸鋰計，其首次充電比容量＞165mAh/g，放電比容量＞150 mAh/g，循環性能優異，而且其10C倍率放電比容量大于120mAh/g， 遠高于純鈦酸鋰對照品的70mAh/g左右，倍率性能得到很大改善。 其振實密度為0.8-1.5g/cm³，比表面積為0.1-10m²/g，壓實密度為 1.8-2.5g/cm³，粘接性能良好，適合大規模生產應用。

本發明的有益效果如下：

(1)本發明制備的碳改性鈦酸鋰兼具有機碳源包覆和導電石墨 等無機碳源摻雜的雙重協同改性，而且是同時進行。

(2)本發明制備的碳改性鈦酸鋰循環性能優異。

(3)本發明制備的碳改性鈦酸鋰倍率性能良好。

(4)本發明制備過程無乙醇等有機溶劑和水，環保無污染，產 率高，工藝簡單，特別適合工業化生產。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所制備的碳改性鈦酸鋰和純鈦酸鋰對照品 的SEM圖。

圖2為本發明實施例1所制備的碳改性鈦酸鋰和純鈦酸鋰對照品 的XRD圖。