[發明專利]一種雙高導電材料包覆的納米鈦酸鋰的制備方法

有效

• 申請號: 201310639267.0
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103682301A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 張春明;吳曉燕;黃昭;王丹;嚴鵬;何丹農
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;B82Y40/00
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池負極材料鈦酸鋰的制備方法，特別是一種用溶膠凝膠法制備雙高導電材料包覆鈦酸鋰的方法。

背景技術

鋰離子二次電池作為高比能量化學電源已經廣泛應用于移動通訊、筆記本電腦、攝像機、照相機、便攜式儀器儀表等領域，迅速發展成為目前最重要的二次電池之一。鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環壽命長、環境污染小等優點倍受青睞。目前，商業化的鋰離子電池負極材料大多數采用碳負極材料，但是碳負極材料存在一些缺陷：首次放電過程中與電解液發生反應形成表面鈍化膜，導致電解液的消耗和首次庫倫效率較低；碳電極與金屬鋰的電極電位相近，在電池過充電時，仍可能會在碳電極表面析出金屬鋰，而形成枝晶造成短路，引發安全問題等。尋找新型的鋰離子負極材料成為研究的熱點。

商品化的鋰離子負極材料大多采用各種嵌鋰碳材料。碳材料存在一些缺點：存在鋰枝晶；首次充放電效率比較低；與電解液發生作用形成固體電解質界面膜；存在比較明顯的電壓滯后效應；制備方法相對也較復雜。與碳負極材料相比，合金類負極材料一般具有較高的比容量，但循環性能較差，合金類負極材料也解決了部分的安全性問題；近來，尖晶石型鈦酸鋰作為一種新型的負極材料，具有“零應變”，循環性能好，具有較好的充放電平臺，不與電解液反應，價格便宜，容易制備等優點，逐漸成為研究的熱點。但是，Li₄Ti₅O₁₂的電導率很低，近乎絕緣，高倍率下的性能較差，若應用于動力車、大型儲能電池等領域就會受到極大的限制。因而，針對Li₄Ti₅O₁₂材料導電性差的缺點，提高其電導率和高倍率性能的研究顯得尤為重要。目前，最簡單的方法是將其納米化，達到縮短Li⁺的擴散路徑、減小Li⁺的擴散阻力、減緩電極極化的目的，以此來初步提升電極性能。本專利通過改進，引入雙組分螯合劑，通過鈦酸鋰凝膠組分-?La_0.5Sr_0.5Sc_0.1Mn_0.9O₃溶膠組分的混合，同時嚴格控制加熱時間，將反應時間縮短至3~8?h，通過控制在管式爐煅燒時間，顆粒尺度降至150~350?nm，得到一種雙高導電材料（C-?La_0.5Sr_0.5Sc_0.1Mn_0.9O₃）包覆的具有優良充放電性能和循環壽命的鋰二次電池負極材料納米Li₄Ti₅O₁₂。

發明內容

本發明的目的在于制備一種雙高導電材料包覆的具有優良充放電性能和循環壽命的鋰二次電池負極材料納米Li₄Ti₅O₁₂。提供一種縮短Li⁺在電池負極材料鈦酸鋰中的傳輸路徑、改善充放電性能和循環性能的制備方法。此法制備的鈦酸鋰負極材料顯示出優異的倍率性能和循環性能。

一種雙高導電材料包覆的鈦酸鋰的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為:

（1）首先將乙醇與水按1:(0～0.5)?的體積比預混組成混合溶液，再加入酸作為后續Ti可溶化合物水解反應的抑制劑或Li微溶化合物的溶解劑；

（2）將Li和Ti的微溶或可溶性化合物，按照摩爾比進行配料，加入到步驟（1）的混合液中，通過磁力加熱攪拌器常溫攪拌，直至全部溶解；

（3）將雙組分螯合劑跟水預混，水與螯合劑體積比為(0.5～2):1，混合均勻后滴加氨水直至螯合劑全部溶解，然后加入到步驟（2）的混合液中，并加入氨水調節pH值至7～10之間，繼續攪拌；

（4）待上述步驟（3）的混合液攪拌均勻成溶膠后，再選取合適的時間加熱，繼續攪拌至棕黃色凝膠狀態；?

（5）將La、Sr、Sc和Mn的可溶性化合物，按照摩爾比進行配料，加入預先配好乙醇與水體積比1:(0.01～0.5)的混合溶液，通過磁力攪拌至全部溶解；

（6）將雙組分螯合劑與水預混，混合均勻后加入氨水至螯合劑全部溶解，然后加入步驟（5）的混合液中，其pH值至7～10，繼續攪拌至溶膠；

（7）將（6）與（4）混合，然后在150～250℃的鼓風烘箱中烘干3～24?小時，得到黑色的鈦酸鋰前驅體；