[發(fā)明專利]一種制備碳包覆鈦酸鋰負(fù)極材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410673307.8
• 申請(qǐng)日: 2014-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104362325A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃小兵;陳遠(yuǎn)道;周詩(shī)彪;劉北平;王云;陳紅輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南文理學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485;H01M4/62
• 代理公司: 常德市長(zhǎng)城專利事務(wù)所 43204
• 代理人: 張啟炎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種制備碳包覆鈦酸鋰負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

尖晶石型鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）作為一種新型的鋰離子電池負(fù)極材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)：零應(yīng)變，循環(huán)性能優(yōu)異；較高的氧化還原電位（1.5VvsLi），不與常用電解液發(fā)生反應(yīng)，安全性好；環(huán)境友好，容易制備，成本低等。但Li₄Ti₅O₁₂的電導(dǎo)率低（10^-9S?cm^-1），導(dǎo)致其高倍率性能差，這極大制約了其推廣與應(yīng)用，尤其在動(dòng)力電池這一全球矚目的領(lǐng)域，材料的高倍率工作特性是決定其能否大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一，因此提高Li₄Ti₅O₁₂的高倍率性能成為目前研究者們關(guān)注的核心課題之一。

目前，國(guó)內(nèi)外研究者們解決Li₄Ti₅O₁₂大電流工作性能（倍率性能）差的問(wèn)題的方法主要有三種。其一，縮小材料顆粒尺寸，增大比表面積，研究發(fā)現(xiàn)納米尺寸的Li₄Ti₅O₁₂由于縮短了Li⁺遷移路徑、增加了Li+的脫嵌位置和增大了與電解液的接觸面積，往往具有較高的電化學(xué)性能，尤其是倍率性能。其二，在材料表面包覆均勻的導(dǎo)電材料（如C、PAn、Ag、Cu等），改善材料表面的電子傳導(dǎo)性能。其三，通過(guò)在Li位或Ti位摻Al³⁺、Mg²⁺、Ru³⁺、V⁵⁺、Cr³⁺、Nb⁵⁺、Ni²⁺、Cu²⁺等），引起結(jié)構(gòu)缺陷，從而提高材料的電子導(dǎo)電性能。其中碳包覆被認(rèn)為是最有效提高Li₄Ti₅O₁₂倍率性能的一種途徑。

文獻(xiàn)上報(bào)道的碳源主要有蔗糖、葡萄糖、檸檬酸等，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，這些碳源在熱處理過(guò)程中碳化得到的碳的石墨化程度較低，導(dǎo)電性也相對(duì)較差，而含環(huán)狀或芳香結(jié)構(gòu)的有機(jī)物在熱處理過(guò)程中碳化得到的碳石墨化程度較高，導(dǎo)電性也較好。因此，我們提出以含芳香結(jié)構(gòu)的鄰二氮菲為碳源制備碳包覆鈦酸鋰負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善Li₄Ti₅O₁₂電子導(dǎo)電性差等問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種制備碳包覆鈦酸鋰負(fù)極材料的制備方法方法，以提高其高倍率條件下的比容量。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

1）球磨混合：稱量化學(xué)計(jì)量比的碳酸鋰和二氧化鈦與鄰二氮菲加入250ml氧化鋯球磨罐中；加入35ml丙酮和直徑為3mm的氧化鋯小珠；在500轉(zhuǎn)/分鐘下球磨混合6h得到漿料。

2）干燥：將步驟1）所述漿料于100℃下真空干燥得到鈦酸鋰/碳復(fù)合前驅(qū)體。

3）高溫裂解：將步驟2）所述鈦酸鋰/碳復(fù)合前驅(qū)體在氬氣氣氛中熱處理至反應(yīng)完成，得目標(biāo)產(chǎn)物碳包覆的鈦酸鋰負(fù)極材料；其中，所述熱處理是在750℃下焙燒8h。

本發(fā)明的有益效果是：在制備鈦酸鋰的前驅(qū)體過(guò)程中加入鄰二氮菲，在熱處理過(guò)程中得到石墨化程度較高的碳，提高了Li₄Ti₅O₁₂的電子導(dǎo)電性；另外鄰二氮菲在熱處理過(guò)程中碳化得到的碳抑制了Li₄Ti₅O₁₂顆粒的長(zhǎng)大，縮短了Li⁺的遷移路徑，提高了鋰離子的導(dǎo)電性，從而達(dá)到獲得具有高倍率性能的該復(fù)合材料的目的。

本發(fā)明制備的碳包覆鈦酸鋰負(fù)極材料為純相，晶粒分布均勻，具有高倍率性能和良好的循環(huán)性能。其中碳含量為16.7%時(shí)，在0.2C、10C下的放電容量分別為172?mAhg^-1、145mAhg^-1；10C下經(jīng)歷100次的循環(huán)后，其放電容量保留為96.6%。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1和實(shí)施例2樣品的X—射線衍射圖。在圖1中，橫坐標(biāo)為2θ/°，θ為衍射角。

圖2為實(shí)施例1和實(shí)施例2掃描電子顯微鏡圖。在圖2中，A為實(shí)施例1樣品，B為實(shí)施例2樣品。

圖3為實(shí)施例2透射電子顯微鏡圖。