[發(fā)明專利]用于鋰離子電池負(fù)極的鈦酸鋰-碳纖維復(fù)合材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210080838.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102623704A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉洪江;王潔;施利毅;張登松;程崇領(lǐng);張大衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/485
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及碳纖維復(fù)合制備的鈦酸鋰鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著石油、媒、天然氣等傳統(tǒng)能源不斷開(kāi)采、可用資源日益枯竭?，發(fā)展綠色新能源更加迫切，充電電池在新能源的應(yīng)用中將起到重大作用。傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池等，存在使用壽命短，能量密度較低以及環(huán)境污染等問(wèn)題?。人們對(duì)充電電池也提出了更高的要求：小型化、輕型化、高功率、高能量、性價(jià)比和安全性。鋰離子電池在眾多電池品種中，以它優(yōu)異的性能，得到人們廣泛的關(guān)注。

負(fù)極材料是鋰離子電池中承擔(dān)鋰儲(chǔ)存功能的關(guān)鍵材料。目前,鋰離子電池所采用的負(fù)極材料一般都是嵌鋰碳材料，如石墨、軟炭、硬炭等。這些碳材料都存在一些問(wèn)題：?1).易形成鋰枝晶引起短路??2).使電解質(zhì)分解存在安全隱患?3).首次充放電效率低??4).充放電過(guò)程體積發(fā)生變化，不安全。在1999年前后，人們開(kāi)始對(duì)尖晶石型鋰鈦復(fù)合氧化物L(fēng)i₄Ti₅O₁₂作為鋰離子二次電池的負(fù)極材料開(kāi)始了大量的研究。Li₄Ti₅O₁₂相對(duì)鋰電極的電位為1.55V(vs?Li/Li⁺),理論容量為175mAh/g，Li⁺插入和脫嵌對(duì)材料結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有影響,稱為“零應(yīng)變”材料，有很好的充放電平臺(tái),平臺(tái)容量可達(dá)放電容量的90%以上，充放電結(jié)束時(shí)有明顯的電壓突變等特性。循環(huán)性能好,不與電解液反應(yīng),價(jià)格便宜,容易制備。因此與商品化的碳負(fù)極材料相比,?具有更好電化學(xué)性能和安全性,和合金類負(fù)極材料相比,更容易制備,成本更低。

作為鋰離子電池負(fù)極材料，鈦酸鋰的固有電導(dǎo)率為10^-9S/cm，屬于典型的絕緣體，導(dǎo)電性差，導(dǎo)致其在高倍率下的性能較差，大電流放電性能不理想。通過(guò)摻雜可以增加材料的導(dǎo)電性能，以滿足快速充放電性能和循環(huán)性能。

有鑒于此，本專利提供一種能耗較小，具有良好導(dǎo)電性和大倍率性能的鈦酸鋰-碳纖維復(fù)合材料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：提供了一種鈦酸鋰-碳纖維復(fù)合材料的凝膠溶膠制備方法，旨在解決材料大倍率充放電性能和提高導(dǎo)電性的問(wèn)題，以滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)鋰離子電池應(yīng)用的要求。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種用于鋰離子電池負(fù)極的鈦酸鋰-碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：

將含鈦化合物、含鋰化合物按照化學(xué)計(jì)量比n_Li:?n_Ti=1:1.1~1.3分別溶解在一定量的無(wú)水乙醇里，再將兩者混合，攪拌30min。記為A液；按照目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量1%~3%稱取碳纖維并溶于無(wú)水乙醇，超聲30min，記為B液；在磁力攪拌下，將B溶液緩慢加入到A溶液中，陳化10～12小時(shí)，得到的溶液為C液；在真空干燥箱中干燥C溶液12～15小時(shí)使其變成干凝膠，干凝膠在保護(hù)氣氛下800～1000℃燒結(jié)10～12小時(shí)，所得產(chǎn)物經(jīng)研磨即得鈦酸鋰—碳纖維復(fù)合負(fù)極材料。

所述的含鈦的化合物是鈦酸四丁酯、偏鈦酸、無(wú)定形二氧化鈦中的任一種。

所述的含鋰的化合物是氫氧化鋰、氯化鋰、硝酸鋰中的任一種。

?本發(fā)明的機(jī)理和特點(diǎn)：

本發(fā)明反應(yīng)中加入碳纖維，可以在反應(yīng)中形成較多晶核，有利于鈦酸鋰的平均生長(zhǎng)，使得產(chǎn)物粒度分布均勻，還能利用碳纖維的高導(dǎo)電性和強(qiáng)吸附性，進(jìn)一步改善鈦酸鋰的導(dǎo)電性。同時(shí)采用凝膠溶膠合成法，鈦源在溶劑中水解再與鋰源發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了分子級(jí)別的分散，顆粒的分布更均勻，有利于鋰離子的遷移和遷出。

附圖說(shuō)明

??圖1為本發(fā)明所制備材料的掃描電鏡圖。

??圖2為本發(fā)明所制備材料的X射線衍射圖。

?????圖3為實(shí)施例1所制備材料在2C下的循環(huán)性能曲線。

??圖4為比較實(shí)施例與實(shí)施例1的放電比容量對(duì)比圖，其中a為實(shí)施案例1的鈦酸鋰—碳纖維復(fù)合材料，b比較實(shí)施例所制備的鈦酸鋰。?

具體實(shí)施方式

???現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。?

實(shí)施例1