[發明專利]鋰離子電池負極材料Li4Ti5O12/C及其制備方法

無效

• 申請號: 201410207051.1
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103996839A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 何丹農;吳曉燕;張春明;王丹;嚴鵬
• 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;H01M4/62
• 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電池負極材料及其制備方法，特別是涉及一種鋰離子電池負極材料Li₄Ti₅O₁₂/C及其制備方法。?

背景技術

隨著更小、更輕和更高性能的電子和通訊設備的迅速發展，人們對為這些設備提供電源的電池性能尤其對比能量提出了越來越高的要求。但是，目前已商品化的鋰離子電池和?MH/Ni電池的比容量已經很難繼續提高。因此，迫切需要開發比能量更高的電池。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。鋰離子電池作為最新一代的綠色高能蓄電池，于20世紀90年代初迅速發展起來，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。尖晶石型的鈦酸鋰是一種零應變材料，循環性能好、不與電解液反應、充放電電壓平臺比較平穩、安全性較高、價格低廉且比較容易制備，是很有潛力的動力型鋰離子電池負極材料。同時，該材料也存在一些缺點，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，常用的改性方法是將其納米化、包覆或是摻雜，以此來初步提升電極性能。制備包覆碳的鈦酸鋰大多采用高溫固相法，固相法制備工藝簡單，使用的設備容易實現，在生產化中最早實現，在高倍率下性能相對較差。????

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種鋰離子電池負極材料Li₄Ti₅O₁₂/C及其制備方法。

一種鋰離子電池負極材料Li₄Ti₅O₁₂/C的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

（1）將Li的可溶性化合物和有機鈦鹽，按照Li/Ti=0.8～1.0進行配料，在均勻的介質中球磨，在60℃～100℃條件下烘干；

（2）將步驟（1）所烘干的前軀體進行研磨，之后在管式爐惰性氣氛下800℃～1000℃煅燒10～20小時，得到鋰離子電池負極材料Li₄Ti₅O₁₂/C，最終產物中碳含量為0.3～10%。

所述Li的可溶性化合物為硝酸鋰、碳酸鋰、氯化鋰、醋酸鋰、檸檬酸鋰、草酸鋰、甲酸鋰、乳酸鋰、異丙醇鋰、含鋰的有機醇、酸、酯類化合物中的一種或其組合。

所述的有機鈦鹽為鈦酸四正丁酯，或鈦酸四異丙酯，或鈦的氯化物。

所述的球磨介質為水、乙醇、丙酮、乙醚中的一種或其組合。

所述的惰性氣氛為氬氣、氮氣中的一種或其組合。

一種鋰離子電池負極材料Li₄Ti₅O₁₂/C，根據上述任一所述方法制備得到。

上述步驟中采用瑪瑙球磨罐和瑪瑙球進行球磨，球和物料的質量比控制為1~10:1，球磨的轉速控制在300~550?r/min，球磨時間為10~36?h。

有益效果：

本發明利用有機鈦鹽作為鈦源和碳源用高溫固相法合成Li₄Ti₅O₁₂/C，該方法制備的Li₄Ti₅O₁₂/C，高溫煅燒時有機鈦鹽的分解使碳殼均勻包覆Li₄Ti₅O₁₂，這種優化的核殼納米結構有利于提高鋰離子和電子的擴散速率，進而提高材料的電化學性能，且制備工藝簡便，成本低廉，被認為是具有前途的一種材料。本方法簡單、通用。?

附圖說明