[發(fā)明專利]高倍率性能電池負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010127600.6
• 申請(qǐng)日: 2010-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN101794876A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高立軍;楊陸香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州康維電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/136
• 分類號(hào): H01M4/136;H01G9/058;C01G23/00;C01B31/02
• 代理公司: 常州市維益專利事務(wù)所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)能源領(lǐng)域，尤其是一種高倍率性能電池負(fù)極材料鈦酸鋰/ 碳納米復(fù)合物及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代文明的發(fā)展和世界人口的不斷增加，使全世界對(duì)能源的需求與日俱增。 而隨著煤炭、石油等傳統(tǒng)一次能源供應(yīng)的日益短缺，以及燃料能源引發(fā)的全球 變暖和生態(tài)環(huán)境惡化等問題不斷加劇，使能源問題受到越來越多的關(guān)注。探索 清潔可再生的新能源已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)世界的重要任務(wù)之一，成為關(guān)系著人類 未來生存狀況的重大課題。而其中超級(jí)電容和鋰離子電池以各自優(yōu)異的性能， 得到人們廣泛的關(guān)注。自問世以來，在諸多領(lǐng)域如電子，通訊，汽車等行業(yè)得 到廣泛的應(yīng)用。

尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12)由于其具有優(yōu)良的安全性能和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性(“零應(yīng)變”材料)，可以克服傳統(tǒng)碳材料的一些缺點(diǎn)，成為近年來研究 的重點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)的角度看，Li4Ti5O12是理想的嵌入型電極，它在充放電過程中 由于鋰離子的嵌入和脫出所造成的晶體結(jié)構(gòu)和體積變化可以忽略，晶體結(jié)構(gòu)能 容納大量的鋰。通過限制充放電的深度，可以維持電極結(jié)構(gòu)的完整性，并能獲 得較大的循環(huán)壽命。所以，尖晶石型Li4Ti5O12是極具應(yīng)用前景的儲(chǔ)能材料。

但由于Li4Ti5O12的電導(dǎo)率極低(＜10-13S/cm)，這在一定程度上限制了 該材料大倍率表現(xiàn)。同時(shí)也限制了該材料在高功率型鋰離子電池和混合超級(jí)電 容中的應(yīng)用。因而如何提高材料在大倍率充放電時(shí)的放電比容量是許多研究人 員一直努力攻克的難題。目前提高Li4Ti5O12的倍率性能主要有兩個(gè)途徑：一 是制備納米顆粒的Li4Ti5O12；二是導(dǎo)電金屬摻雜，碳包覆等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提出一種納米級(jí)Li4Ti5O12/C復(fù)合物，當(dāng)該 復(fù)合物用于超級(jí)電容和鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，能夠獲得優(yōu)異的高倍率性能和 循環(huán)性能，并且同時(shí)提供一種制備工藝簡單，生產(chǎn)重現(xiàn)性好，材料電化學(xué)性能 優(yōu)異的該復(fù)合物的制備方法，以導(dǎo)電碳黑為反應(yīng)前軀體，采用溶膠凝膠法合成 Li₄Ti₅O₁₂/C納米復(fù)合物。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種高倍率性能電池負(fù)極材料，用以制成高 倍率性能電池的負(fù)極片，所述的該負(fù)極材料為由鈦酸鋰和碳組成的復(fù)合物，所 述的復(fù)合物為顆粒狀，其顆粒尺寸為100nm～500nm，所述的該復(fù)合物中碳的質(zhì) 量為復(fù)合物總質(zhì)量的3％～20％。

本發(fā)明還提供了一種高倍率性能電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)以鈦酸四丁酯為鈦源，鋰源選自氫氧化鋰、碳酸鋰、氯化鋰、硝酸鋰、 醋酸鋰中的一種或兩種以上的組合，先按鋰、鈦的摩爾比為4～4.5∶5進(jìn)行配料， 再用分散劑分別將鈦源和鋰源溶解均勻，之后將兩者溶液混合均勻，并緩慢加 入蒸餾水和冰乙酸進(jìn)行攪拌，最后在上述的混合溶液中加入碳源，繼續(xù)攪拌形 成凝膠；

(2)將步驟(1)所形成的凝膠陳化10～20小時(shí)后放入干燥箱中，并在85 ℃環(huán)境溫度下干燥10小時(shí)，干燥好之后用球磨機(jī)球磨3小時(shí)，然后將球磨好的 固體粉末放置于管式爐中在惰性氣氛中煅燒，煅燒溫度為850℃～900℃，煅燒時(shí) 間為1～8小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，得到鈦酸鋰/碳復(fù)合物。

本發(fā)明所述的復(fù)合物顆粒尺寸在100nm～500nm范圍內(nèi)，該復(fù)合物中碳為無 定型碳，所述的復(fù)合物中的碳的顆粒尺寸為150nm～400nm，所述的碳源采用導(dǎo) 電碳黑、乙炔黑或其他導(dǎo)電能力優(yōu)越的材料中的一種或幾種的組合，從而提高 導(dǎo)電性。

本發(fā)明所述的該復(fù)合物中碳的質(zhì)量為復(fù)合物總質(zhì)量的3％～20％，兼顧導(dǎo)電 性和容量的考慮，優(yōu)選為5％～15％，更優(yōu)選為5％～10％，這是因?yàn)槿籼己窟^低， 無法從根本上提高材料的導(dǎo)電性能，碳含量過高，就會(huì)降低整個(gè)復(fù)合材料的容 量。

本發(fā)明所述的分散劑選用無水乙醇或丙酮。

本發(fā)明的有益效果是：1、材料制備過程簡單，容易擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模；2、當(dāng) 該復(fù)合物作為超級(jí)電容和鋰離子電池負(fù)極時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的大倍率性能和循環(huán)性 能，因此該復(fù)合物在高功率型鋰離子電池和混合超級(jí)電容中具有廣泛的應(yīng)用前 景。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的放電倍率和放電容量保持率的關(guān)系圖；