[發(fā)明專利]一種Li4Ti5O12/C復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310565417.8
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103560227A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡學(xué)步;張永龍;陳順洪;韓志敏
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/1393
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李明;張先蕓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳摻雜鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法，特別是涉及一種無外加碳源一步固相燒結(jié)合成鋰離子電池用Li₄Ti₅O₁₂/C復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

作為未來的清潔能源之一，鋰離子電池因其具有平臺電壓高、體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)，可靠性好等優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于計算機、手機、照相機等電源領(lǐng)域，且目前已應(yīng)用于電動車及混合電動車，被認為是未來綠色的清潔能源而大規(guī)模開發(fā)。目前已大規(guī)模用于商業(yè)化的負極材料主要是石墨類碳負極材料。石墨類碳負極材料研究早，技術(shù)成熟，循環(huán)壽命好，且廉價無毒，但制備工藝復(fù)雜，且碳材料的氧化還原電位接近金屬鋰，當(dāng)電池過充電時，金屬鋰可能在負極表面產(chǎn)生枝晶，從而刺穿隔膜導(dǎo)致電池短路和熱失控。而尖晶石型鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）因其在鋰離子嵌入和脫出前后體積變化小，具有“零應(yīng)變”結(jié)構(gòu)，同時，其平坦的充放電平臺（1.55V?vs.?Li/Li⁺）、循環(huán)性能好、安全，容易制備等優(yōu)點使其作為動力鋰離子電池的負極材料有著很大的研究價值和商業(yè)應(yīng)用前景。但Li₄Ti₅O₁₂材料電子和離子電導(dǎo)率較低（分別為10^-13S·cm^-1和10^-9~10^-13cm²·s^-1），為絕緣體材料，在大電流放電條件下容量衰減快，倍率性能差，嚴(yán)重限制了其大規(guī)模應(yīng)用。為了解決以上缺點，研究者們對其進行了深入研究和改良，這些改良主要包括制備小粒徑Li₄Ti₅O₁₂，離子摻雜，金屬摻雜，碳摻雜及包覆，或與其他電極材料合成復(fù)合電極材料。

Seung-Woo?Han等（Han?S?W,?Shin?J?W,?Yoon?D?H.?Synthesis?of?pure?nano-sized?Li₄Ti₅O_12?powder?via?solid-state?reaction?using?very?fine?grinding?media,?Ceramics?International,?2012,?38(8):?6963-6968.）以Li₂CO₃和TiO₂為原料，經(jīng)高能球磨混合后煅燒，得到粒徑為146nm的納米Li₄Ti₅O₁₂。該法制得的鈦酸鋰在0.1C低倍率下的放電量達到了174mAh/g，但其比容量較低，在高倍率下的性能也并不理想，遠不能滿足現(xiàn)在對鋰離子電池的要求。Jianhong?Liu等（Liu?J,?Sun?Z,?Xie?J,?et?al.?Synthesis?and?Electrochemical?Properties?of?LiNi_0.5-xCu_xMn_1.5-yAl_yO₄(x=?0,?0.05,?y=?0,?0.05)?as?5V?Spinel?Materials,?Journal?of?Power?Sources,?2013,?240(15):?95-100.）通過摻雜Cu、Mn、Ni、Al等元素，合成了LiNi_0.5xCu_xMn_1.5yAl_yO₄復(fù)合負極材料，所的材料具有優(yōu)秀的循環(huán)性，但金屬的添加必然帶來環(huán)保問題和成本的上升。而碳材料由于具有電導(dǎo)率高、靈活性好、易制備和成本低等優(yōu)點，已成為改進Li₄Ti₅O₁₂材料的最佳物質(zhì)。目前所有研究幾乎都是集中于通過采用額外加碳源的方法，分多步來合成Li₄Ti₅O₁₂/C復(fù)合材料。