[發(fā)明專利]一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負極材料及制備方法

無效

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• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103943820A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 傅汝毅
• 申請（專利權）人: 傅汝毅
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李珊

技術領域

本發(fā)明涉及電池制造領域，特別是一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負極材料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、應用溫度范圍廣、自放電率低、循環(huán)壽命長、無污染、安全性能好等獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛用作袖珍貴重家用電器如移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等的電源，并已在航空、航天、航海、人造衛(wèi)星、小型醫(yī)療儀器及軍用通訊設備領域中逐步替代傳統(tǒng)的電源。鋰離子電池的成功應用，關鍵在于制備可逆的嵌入和脫出鋰離子的負極材料。目前商業(yè)化的鋰離子電池大多采用石墨等嵌鋰碳材料與LiCoO₂組成搖椅式可充電池。盡管相對于金屬鋰而言，碳材料在安全性、循環(huán)性能方面有了一定的改進，但仍存在不少缺點：首次充放電時，在碳表面形成鈍化膜而造成容量損失；碳電極的電位與鋰的電位相近，在電池過充電時，金屬鋰仍可會能在碳電極表面析出形成枝晶鋰而造成短路，引發(fā)安全性問題；存在明顯的電壓滯后；制備工藝比較復雜以及可能存在高溫失控等。尖晶石型鋰鈦氧化物Li₄Ti₅O₁₂負極材料具有175?mAh·g^-1的理論容量和相對較高的電極電壓，原料來源廣泛，價格便宜，易于制備，無環(huán)境污染，而且它在鋰離子嵌入脫出的過程中晶體結構能夠保持高度的穩(wěn)定性，因而具有優(yōu)良的循環(huán)性能和平穩(wěn)的放電電壓，具有“零應變”的美稱，但鋰鈦氧化合物的比容量相對較低，導電性能較差，作為鋰離子電池負極材料時的放電電壓較高，電池輸出電壓低；而且高溫合成過程中顆粒生長不易控制，振實密度較低，導致了低的體積比容量和能量密度；再者鋰鈦氧化合物本身為絕緣體，其電子電導率和離子電導率很低，導致其首次不可逆容量的損失和較差的高倍率充放電性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負極材料及制備方法，對鋰鈦氧化物進行碳摻雜，在未改變尖晶石型鋰鈦氧化物結構的基礎上，有效改善鋰離子電池負極材料的電化學性能。

為實現(xiàn)上述目的，本鋰離子電池鋰鈦氧化物負極材料，其特征在于，包括以下原料：Li₂CO₃、TiO₂、碳源，其中n(Li)/n(Ti)=0.84。

所述負極材料的制作步驟如下：

（1）將原料置于研缽中加適量分散劑研磨2.5小時；

（2）混合均勻后在85?℃溫度下干燥，干燥后用分樣篩進行過篩；

（3）將過篩后混合物置于馬弗爐中在空氣氣氛中加熱到700?℃預燒5小時，然后升溫到850?℃空氣氣氛中燒結保溫24小時，自然冷卻至室溫；

（4）將混合物粉碎，研磨，用分樣篩進行過篩，置于干燥處，完成負極材料制備。

所述碳源為蔗糖，質(zhì)量分數(shù)為5%—12%。

所述碳源為瀝青，質(zhì)量分數(shù)為3%—15%。

所述分散劑為無水乙醇。

所述分樣篩采用325目篩。

本發(fā)明的實質(zhì)性特點和進步是：對尖晶石型鋰鈦氧化物進行碳摻雜，碳源為蔗糖或瀝青，摻雜并未改變尖晶石型鋰鈦氧化物材料的結構，有效改善了鋰鈦氧化物負極材料的電化學性能，循環(huán)性能得到了改善，充放電效率高，容量保持率有較大的提高。

附圖說明

圖1是摻雜蔗糖鋰鈦氧化物的XRD圖。

圖2是摻雜瀝青鋰鈦氧化物的XRD圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及實施例對本發(fā)明做進一步說明：

實施例1

將Li₂CO₃、TiO₂和蔗糖置于研缽中，加入適量無水乙醇作分散劑研磨2.5小時，混合均勻后在85?℃溫度下干燥，干燥后用325目分樣篩進行過篩。將過篩后混合物置于馬弗爐中在空氣氣氛中加熱到700?℃預燒5小時，然后升溫到850?℃空氣氣氛中燒結保溫24小時，自然冷卻至室溫后，將混合物粉碎，研磨，用325目分樣篩進行過篩，置于干燥處，完成負極材料制備。

蔗糖質(zhì)量分數(shù)分別為5%、8%、12%。

圖1為摻雜蔗糖質(zhì)量分數(shù)分別為5%（Z1）、8%(Z2)、12%(Z3)與純相鋰鈦氧化物標準圖譜的XRD對比圖，由圖可得，產(chǎn)物的所有衍射峰與標準卡片相吻合，無雜質(zhì)峰的出現(xiàn)，說明制得的Li₄Ti₅O₁₂為單一物相，并且在原料中加碳并沒有改變其物相結構，即仍為尖晶石型結構。