[發明專利]一種鋰電池改性鈦酸鋰負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610403520.6
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN107146879A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 馮緒勇;王一莎;劉立平;朱小燕
• 申請（專利權）人: 蕪湖恒尼動力電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391;H01M10/0525
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技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料技術領域，具體涉及一種鋰電池改性鈦酸鋰負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是1990年日本SONY公司研制出并開始實現商品化的一種高效儲能產品，與其他電池相比，鋰離子電池的優點在于開路電壓高，市售電池多為3.6V，而鎳氫和鎳鎘二次電池的開路電壓為1.2V；比容量大，是鎳鎘二次電池的2.5倍，是鎳氫二次電池的1.5倍；自放電率低，小于8％/月，遠低于鎳鎘電池的30％/月和鎳氫電池的40％/月；壽命長，通常都可以達到千次以上，而且沒有記憶效應。

隨著鋰離子電池的發展，其應用領域逐步擴展到動力電池，儲能電池等領域，其電極材料的種類和性能也有了很大的發展。在鋰離子電池負極材料中，鈦酸鋰材料具有非常優異的穩定性和極好的安全性，從而在電動公交等領域有了很大的發展及應用。

對于鈦酸鋰來說，目前的主要問題在于低的電導率，導致其倍率性能差，或者說快充快放下的容量偏低。目前解決這一問題的主要方法是納米化減小擴散距離，摻雜改善其本征電導率以及表面碳包覆改善其表面電導率。其中納米化會影響到材料的加工性能，振實密度比較小，摻雜對材料的電導率改善相對有限，而且很多時候會減小材料的容量。碳包覆對材料的容量影響較小，對性能的提高比較明顯，但是普通碳包覆需要在惰性氣氛下進行，而且燒結溫度較高才能有明顯效果，操作復雜成本高，不利于鈦酸鋰的商品化。

石墨烯是單層碳原子構成的具有二維結構的新型碳材料，具有良好的電子導電性和超高的機械性能，鈦酸鋰與石墨烯的復合也是鈦酸鋰電極材料的開發熱點。但是石墨烯存在容易團聚的問題，如何獲得穩定均勻的鈦酸鋰/石墨烯復合材料是一個技術難點。

因此，提供一種能提高鋰離子電池負極材料鈦酸鋰電導率，成本低、可推廣使用的改性制備方法是本發明亟需解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種倍率特性好，制備簡單、成本低的鋰電池改性鈦酸鋰負極材料的制備方法，旨在解決鈦酸鋰電導率低的問題。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種鋰電池改性鈦酸鋰負極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)按照n(Li)：n(Ti)＝0.84～0.87的比例稱取鋰鹽、二氧化鈦，用球磨機將兩者進行球磨混合4～10小時，然后將混合均勻的粉體在空氣中，以5～10℃/min的速度升溫至700～850℃，再保溫4～6h，然后自然冷卻至室溫，得到鈦酸鋰負極材料；改性添加劑為過渡金屬氧化物及石墨烯，將過渡金屬氧化物及石墨烯分別分散到水或有機溶劑中通過液相復合，得到改性添加劑前驅液；

(2)在攪拌條件下，將鈦酸鋰負極材料與所述改性添加劑前驅液混合，并適時加入氨水調節PH值，改變鈦酸鋰表面性質；

(3)將步驟(2)得到的所述混合物在80～150℃下烘干，得到粗品；

(4)將步驟(3)得到的所述粗品經過200～500℃高溫焙燒0.5～3h，再通過研磨得到鋰電池改性鈦酸鋰負極材料。

進一步，步驟(1)中所述的負極材料還包括鈦酸鋰衍生產物(摻雜鈦酸鋰)。

進一步，步驟(1)中所述的過渡金屬氧化物為Li₂CrO₄、CrO₃、Sb₂O₅、V₂O₅、Cr₂O₃、CuO等在鈦酸鋰充放電區間具有電化學活性的高價金屬化合物粉體或溶液，或者為金屬的可溶性鹽或者可溶性氧化物，如硝酸鉻溶液、醋酸鹽溶液、碳酸鹽溶液與草酸鹽溶液。

進一步，步驟(1)中所述的石墨烯為還原的氧化石墨烯。

進一步，步驟(2)中所述的鈦酸鋰負極材料與所述過渡金屬氧化物及石墨烯前驅體的質量比滿足如下條件：所述過渡金屬氧化物及石墨烯前驅體的質量占改性鈦酸鋰總質量的1.0～15％。

進一步，步驟(2)中所述的混合溶液PH值為堿性，并根據金屬離子的不同來調節，保證金屬離子的充分溶解，金屬鹽溶液的質量濃度優選為1～5％，最優選為2～3％。

進一步，步驟(3)中所述混合物通過過濾或離心等方式得到所述粗品。

進一步，步驟(4)中所述制備方法中干燥使用的設備為本領域人員熟知的干燥設備，例如紅外烘箱，鼓風烘箱等，焙燒優選使用馬弗爐。

有益效果：