[發明專利]一種復合鈦酸鋰材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310446975.2
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN104518210B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 馮海蘭;龔金保
• 申請（專利權）人: 北京當升材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/62
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 楊貝貝;劉芳

本發明公開了一種復合鈦酸鋰材料的制備方法，具體的講是公開了一種含鋯摻雜和碳包覆的鋰離子電池負極材料鈦酸鋰的制備方法。通過改性添加劑的作用達到一次完成摻雜和包覆的雙重效果，方法簡單易于工業化生產。所制得的產品具有良好的電化學性能。

技術領域

本發明屬鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及鋰離子二次電池負極材料鈦酸鋰的制備方法，特別是一種金屬元素摻雜和碳包覆的鋰離子電池負極材料鈦酸鋰的制備方法。

背景技術

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。由于石墨對鋰電位僅為0.2V左右，容易導致鋰在其表面的析出，造成安全性問題。而鈦酸鋰具有充放電過程中骨架結構幾乎不發生變化的“零應變”特性,嵌鋰電位高(1.55V vs.Li/Li⁺)而不易引起金屬鋰析出，庫侖效率高，鋰離子擴散系數(為2×10^-8cm²/s)比碳負極高一個數量級等優良特性,具備了下一代鋰離子蓄電池必需的充電次數更高、充電過程更快、更安全的特性。因此，鈦酸鋰在電動車、儲能領域有著廣泛的應用前景，具有巨大的潛在經濟效益。

但Li₄Ti₅O₁₂材料的可逆比容量較小(約170mAh/g)，無法滿足高能鋰離子電池在負極比容量方面的要求。另外Li₄Ti₅O₁₂的固有電導率低(～10^-9S/cm)，只能在低電流下工作才能發揮出材料的性能優勢，在大電流下放電容量損失較大。所以提高Li₄Ti₅O₁₂的導電率是Li₄Ti₅O₁₂材料商業化應用的關鍵。

圍繞提高鈦酸鋰材料的導電率，目前國內外進行了大量的研究，主要是一次顆粒納米化、碳包覆、離子摻雜等。其中，一次顆粒納米化最為重要。因此常采用納米二氧化鈦或有機鈦化合物為鈦源，其次是摻雜和包覆。通常采取的摻雜方式是在過渡金屬Ti位或O位摻雜金屬陽離子或1價陰離子，包括Li⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Ga³⁺、Zn²⁺、Co³⁺、Ta⁵⁺、Cr³⁺、、Ni³⁺、Zr⁴⁺、Mn³⁺、F^-等，但是金屬離子摻雜降低了放電容量。而通常采用的包覆劑為導電碳，碳源主要包括：糖類、石墨、聚合物、炭黑、活性炭、碳納米管、碳纖維等。

目前公知的摻雜包覆鈦酸鋰材料制備方法主要有；CN102122710A公開了一種Zr摻雜鈦酸鋰電極材料制備方法，該方法是由含鋰化合物、銳鈦礦二氧化鈦以及Zr的化合物為原料，通過固相合成方法制備得到；又如CN10194455 90A公開了一種碳包覆鈦酸鋰的制備方法，該方法通過長鏈型脂肪羧酸與鈦酸鋰表面配位，在非氧化性氣體的保護下形成均勻的碳包覆層。但這些相關技術都沒有一次性達到既摻雜又包覆的效果，且這些方法雖然改善了循環壽命、倍率特性等，但同時降低了放電容量和首次充放電效率等。

因此需要一種簡單的，可一次性達到摻雜包覆目的的方法來制備鈦酸鋰材料。

發明內容

本發明旨在提高鈦酸鋰材料的電子導電率和大電流下的倍率性能，并且易于制備、成本低廉、環保無污染，適用于工業化生產的一種摻雜包覆改性鈦酸鋰的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：一種鈷酸鋰材料的制備方法主要包括以下步驟，

充分混合無機鋰鹽、二氧化鈦、摻雜改性劑和分散劑，高能球磨機球磨分散0.5～20h，得均勻混合的前驅體漿料；