[發明專利]一種鋰離子電池負極材料碳摻雜鈦酸鋰的制備方法

無效

• 申請號: 201310254098.9
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103346321A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 張新波;趙雪;徐吉靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/485;C01G23/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料碳摻雜鈦酸鋰的制備方法，屬于電化學能源材料技術領域。

背景技術

由于晶格結構的限制，鈦酸鋰的導電性較差，限制了它的大電流放電能力的發揮，但可通過離子摻雜改變這一特性。目前有利用碳材料摻雜來提高鈦酸鋰導電性的。對鈦酸鋰進行碳材料的摻雜，不僅可以提高材料的導電性，使之具有較好的高倍率性能，而且還能阻止材料在煅燒過程中的顆粒長大現象，利用碳材料的特殊形貌控制鈦酸鋰的最終形貌，實現電解液的充分浸潤及電子的快速傳輸。但是，現有的碳摻雜鈦酸鋰多采用固相合成法合成，合成的材料粒徑較大、顆粒易于團聚、電子導電性差。將其用作鋰離子電池負極材料，在大電流充放電時容量衰減迅速而導致電池倍率性能較差。

發明內容

本發明要解決現有技術中固相合成法合成的碳摻雜鈦酸鋰用作鋰離子電池負極材料，在大電流充放電時容量衰減迅速而導致電池倍率性能較差的技術問題，提供一種鋰離子電池負極材料碳摻雜鈦酸鋰的制備方法，制得的碳摻雜鈦酸鋰用作鋰離子電池負極材料，能夠提高電池的循環穩定性及倍率性能。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種鋰離子電池負極材料碳摻雜鈦酸鋰的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

（1）將22mg氧化石墨（GO）超聲分散在20mL去離子水中，向其中滴加鈦酸異丙酯，攪拌2-6小時，得到TiO₂/GO復合物；

（2）將氫氧化鋰溶液與上述TiO₂/GO復合物混合；

（3）將步驟（2）得到的混合溶液轉移至反應釜中，進行水熱反應，反應溫度為140-200℃，反應時間為24-30小時，得到反應物前驅體；

（4）將上述反應物前驅體用去離子水和乙醇離心洗滌，烘干后，在空氣中于300-400℃下煅燒20-30分鐘，冷卻至室溫后在N₂氣氛中于600-700℃下煅燒2-4小時，得到碳摻雜鈦酸鋰材料。

在上述技術方案中，步驟（1）中鈦酸異丙酯的滴加量為1-3mL。

在上述技術方案中，步驟（2）中氫氧化鋰溶液的濃度為0.4M。

在上述技術方案中，步驟（4）中所述將反應物前驅體進行兩次煅燒，其升溫速率都控制為3-5℃/分鐘。

在上述技術方案中，步驟（4）中所述將反應物前驅體烘干，其烘干溫度為60-80℃。

本發明提供的鋰離子電池負極材料碳摻雜鈦酸鋰的制備方法的有益效果是：

本發明采用液相水熱法合成碳摻雜鈦酸鋰前驅體，然后對前驅體進行熱處理，采用兩步煅燒法能夠有效抑制鈦酸鋰晶體的增大，同時氧化石墨被還原為石墨，與鈦酸鋰復合后，有利于提高電子導電性，被還原的碳仍然保持著片狀形貌，這樣形成的碳摻雜鈦酸鋰復合材料也具有片狀形貌（見附圖1）。這種形貌的碳摻雜鈦酸鋰材料用于鋰離子電池負極材料，能夠增大電解液與活性物質的接觸面積，達到了鋰離子快速傳輸的效果，得到的電池循環穩定性及倍率性能優異。如附圖2說明了實施例二制備的碳摻雜鈦酸鋰材料在1C下，充放電循環100次，容量幾乎不衰減。附圖3說明了實施例三制備的碳摻雜鈦酸鋰材料在5C下，放電容量可高達155mAh/g，并且循環100次，容量衰減微小。附圖4說明了實施例四制備的碳摻雜鈦酸鋰材料在10C電流密度下，容量仍能保持在110mAh/g以上，并且在后面的1C時，容量可回復到150mAh/g。

附圖說明

圖1為本發明實施例一制備的碳摻雜鈦酸鋰材料的SEM圖。

圖2為本發明實施例二制備的碳摻雜鈦酸鋰材料在1C下的循環性能圖。

圖3為本發明實施例三制備的碳摻雜鈦酸鋰材料在5C下的循環性能圖。

圖4為本發明實施例四制備的碳摻雜鈦酸鋰材料在不同電流密度下的倍率性能圖。

具體實施方式

本發明提供的一種鋰離子電池負極材料碳摻雜鈦酸鋰的制備方法具體步驟為：

（1）將22mg氧化石墨（GO）超聲分散在20mL去離子水中，向其中緩慢滴加1-3mL鈦酸異丙酯，攪拌2-6小時，得到TiO₂/GO復合物；

（2）將濃度為0.4M氫氧化鋰溶液與上述TiO₂/GO復合物混合；

（3）將步驟（2）得到的混合溶液轉移至反應釜中，進行水熱反應，反應溫度為140-200℃，反應時間為24-30小時，得到反應物前驅體；