[發明專利]一種碳包覆多孔鈦酸鋰粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201310412706.4
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103441258A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 朱福良;蒙延雙
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62;C01G23/00
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

近年來，尖晶石型鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)作為新型儲能電池的負極材料日益受到重視。這是因為Li₄Ti₅O₁₂在鋰離子嵌入-脫嵌前后都為尖晶石結構，且晶格常數變化很小，體積變化很小(<1%)，所以Li₄Ti₅O₁₂被稱為“零應變”負極材料。與商品化的碳負極材料相比，Li₄Ti₅O₁₂通常具有更好的電化學性能和安全性；與合金類負極材料相比，Li₄Ti₅O₁₂更容易制備，成本更低。但是，Li₄Ti₅O₁₂的固有電導率低，只能在低電流下工作才能發揮出材料的性能優勢，這成為Li₄Ti₅O₁₂材料商品化的主要障礙之一。

國內外對Li₄Ti₅O₁₂材料進行了大量的改性研究來提高其導電性能，主要包括制備納米粒徑Li₄Ti₅O₁₂、制備多孔Li₄Ti₅O₁₂、碳包覆、金屬離子摻雜等方式。碳包覆所采用的碳源主要包括天然石墨、復合碳、乙炔黑、葡萄糖、聚乙烯醇等。這些傳統碳源碳化過程中往往需要破壞聚合物鏈并分解產生H₂O、CO₂等氣體和小分子有機化合物，導致碳膜內部形成裂縫、氣孔等缺陷。而離子液體具有極低的蒸汽壓，大多數離子液體在較寬的溫度范圍內（400-1000℃）不發生氣化，而是在溫度達到一定程度時直接碳化。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳包覆多孔鈦酸鋰粉體的制備方法。

本發明是一種碳包覆多孔鈦酸鋰粉體的制備方法，其步驟為：

（1）二氧化鈦膠體制備：將鈦源配制成Ti⁴⁺濃度為0.1～1mol/L的溶液，采用質量濃度10%的氨水或尿素溶液作為沉淀劑，將Ti⁴⁺溶液與沉淀劑同時加入底液，用硝酸調pH=2.0，控制pH=2.0-7.0至TiO₂.nH₂O完全沉淀；沉淀經過濾、洗滌后分散在分散介質中，并按質量比為分散劑:?TiO₂=0-1:10加入分散劑，采用質量濃度10%的稀硝酸或質量濃度20%氨水調節pH=3.0-9.0，再在30-100℃下攪拌，時間持續1-10h，得到固含量為5-30%的二氧化鈦膠體；

（2）漿料制備：按照化學計量比Li_4-xM_xTi_5-yM′_yO_12?，其中M、M′為摻雜離子，x=0.01-0.1，y=0.01-0.1，稱取鋰源、碳源和摻雜金屬化合物，碳源的加入量為Li_4-xM_xTi_5-yM′_yO₁₂質量比5-15%；以上述二氧化鈦膠體作為分散體系，加入鋰源、碳源和摻雜金屬化合物，攪拌形成均勻分散的膠態混合漿料；

（3）前驅體制備：采用噴霧干燥方式對漿料進行干燥，入口溫度為110-250℃，空氣或氮氣氣氛下干燥得到成分均勻、粒度分布均勻的鈦酸鋰球形前驅體；

（4）鈦酸鋰材料制備：將前驅體放入坩堝中，在惰性氣氛保護中升溫至600～1200℃，保溫10-40?min?后自然冷卻，得到碳包覆的球形多孔鈦酸鋰粉體。

本發明的有益之處是：以二氧化鈦膠體作為分散體系、離子液體作為碳源，利用離子液體的吸波特性對鈦酸鋰前驅體進行加熱，同時離子液體裂解產物在鈦酸鋰表面形成碳包覆，得到具有良好的電化學性能的碳包覆多孔球形鈦酸鋰粉體。

?附圖說明

圖1為本發明制備碳包覆多孔鈦酸鋰粉體的工藝流程圖，圖2為本發明實施例3制備的碳包覆多孔鈦酸鋰的掃描電鏡圖，圖3為本發明實施例3制備的碳包覆多孔鈦酸鋰的放電比容量曲線圖。