[發明專利]一種碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰復合負極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310289541.6
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103346310A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 王媛媛
• 申請（專利權）人: 蘇州懿源宏達知識產權代理有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉一種碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰復合負極材料的制備方法。

背景技術

當今世界，石油資源日漸緊張，環境污染日趨嚴重，迫使各國努力尋找可持續發展的新型能源。隨著航空航天、國防軍工、交通運輸、電子信息和儀器儀表，尤其是電動汽車等實際應用對高功率密度、寬溫度范圍儲能體系的需求日趨迫切，以鋰離子電池、超級電容器或者超級電容電池為代表的綠色環保儲能器件已成為當前關注的焦點。電極材料的性能和制備工藝很大程度上決定著儲能器件的性能，所以電池材料的研究尤為重要。

鋰離子電池具有高能量密度、高工作電壓、無記憶效應等優點，有望成為電動汽車的主要動力來源之一。目前，石墨類碳負極材料雖已成功地應用于鋰離子電池中，但由于碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，易析出金屬鋰形成枝晶，存在安全隱患；同時鋰離子反復嵌入和脫出，材料結構會受到破壞導致容量衰減。具有尖晶石結構的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)被認為是最有應用前景的負極材料之一。在鋰離子嵌入和脫除過程中，尖晶石結構鈦酸鋰晶胞體積基本不變，因而被稱為“零應變”材料。尖晶石結構鈦酸鋰作為新一代的鋰電池負極，結構與物化性質穩定，不與電解液反應，循環性能好。由于它結構的穩定性，成為安全及長壽命鋰離子電池負極材料；尖晶石Li₄Ti₅O₁₂在常溫下的化學擴散系數為2×10^-8cm²/s，比碳負極材料大1個數量級，充放電速度更快。但作為鋰離子電池負極材料，鈦酸鋰的固有電導率為10^-9S/cm，屬于典型的絕緣體，導電性差，大電流放電性能差。

發明內容

為克服上述不足，本發明提供一種碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰復合負極材料的制備方法，使用該方法制備的負極材料，具有較高容量和良好的導電性能及循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明提供的一種碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備包覆用碳粒子

作為油相成分，將100重量份的單體二乙烯基苯、100-150重量份的中空劑正戊烷、5-10重量份的納米硅粉、7-10重量份的丙酮分散劑進行混合，超聲波分散后，進而添加有機過氧化物作為聚合引發劑，制成單體混合物，另外，作為水相成分，將500重量份的去離子水、10-20重量份的作為分散劑的聚丙烯醇進行混合；

將得到的油相成分和水相成分混合，用超聲波分散，制成懸浮液，將得到的懸浮液在氦氣流下、溫度90-95℃下攪拌、保持8-10h，將聚合而得的粒子清洗，干燥，得到樹脂粒子，將得到的樹脂粒子在空氣氛圍下、溫度400-450℃下熱處理1-2h，在氦氣氣氛下、溫度1200-1350℃下燒結4-5h，得到包覆用碳粒子；

(2)制備碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰前軀體

選用碳酸氫鋰、二氧化鈦和氧化鈥為原料，其中碳酸氫鋰和二氧化鈦的摩爾比為0.805-0.82∶1，氧化鈥占三種原料總重的0.5-1.5wt％，將三種原料混合后，加入占上述三種原料總重3-5wt％的上述包覆用碳粒子，加入丙酮分散劑，在球磨機上以轉速300-400r/min球磨8-10h，真空干燥后得碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰前軀體；

(3)燒結

將干燥后得碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰前軀體在氦氣氣氛下燒結，以5-10℃/min速率升溫，在溫度800-900℃恒溫燒結10-15h，以10-15℃/min降溫，制備得到產品。

本發明制備的鋰離子電池用碳包覆鈥摻雜鈦酸鋰復合負極材料，先通過鈥對鈦酸鋰進行摻雜以改善鈦酸鋰的導電性能，然后通過特定工藝制備的具有中空結構的碳粒子進行包覆，進一步改善其導電性和循環穩定性。因此該復合材料在用于鋰離子電池時，具有較快的充放電速率和較長的使用壽命。

具體實施方式

實施例一

作為油相成分，將100重量份的單體二乙烯基苯、100-150重量份的中空劑正戊烷、5-10重量份的納米硅粉、7-10重量份的丙酮分散劑進行混合，超聲波分散后，進而添加有機過氧化物作為聚合引發劑，制成單體混合物，另外，作為水相成分，將500重量份的去離子水、10-20重量份的作為分散劑的聚丙烯醇進行混合。