[發明專利]一種鋰離子電池負極材料釔摻雜鈦酸鋰的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201611161476.9
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106654203A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 劉克偉;詹世英;馬美品;蔡慧群
• 申請（專利權）人: 珠海銀隆新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/058;C01G23/00
• 代理公司: 深圳市合道英聯專利事務所(普通合伙)44309
• 代理人: 廉紅果

技術領域

本發明屬于電池材料和技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料釔摻雜鈦酸鋰的制備方法及應用。

背景技術

目前，商品化的鋰離子電池負極材料主要是各種嵌鋰碳材料。但是碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，當電池過充電時，碳電極表面易析出金屬鋰，會形成枝晶而引起短路，溫度過高時易引起熱失控等。同時，鋰離子在反復地插入和脫嵌的過程中，會使碳材料的結構受到破壞，從而導致容量的衰減。因而尋找能在碳負極稍正的電位下嵌入鋰，廉價易得、安全可靠和高比容量的新負極材料是未來鋰離子電池負極材料發展方向。

鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂理論比容量為175mAh/g，工作電壓為1.55V左右，同時Li⁺脫嵌對材料的結構幾乎沒有影響，被稱為“零應變材料”。作為負極材料克服了傳統鋰離子電池石墨類碳負極材料的缺陷，具有循環性能優良、放電電壓平穩、嵌鋰電位高不易析出金屬鋰的突出優點，具備了下一代鋰離子電池必須的快充、長壽命、高安全的特性。然而鈦酸鋰負極材料固有電導率為10^-9S/cm，在高倍率充放過程中易產生較大極化，降低其高倍率下的電化學性能。

針對鈦酸鋰高倍率下電化學性能欠佳的問題，主要從制備粉體顆粒細化和提升材料電導率入手。針對提升材料的電導率，摻雜改性是較為有效的手段，目前研究摻雜元素包括：Mg²⁺、Al³⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Ag⁺、Zr⁴⁺、La⁺、Ce⁴⁺、Br^-、F^-等及其復合摻雜。傳統固相法工藝簡單，設備要求低，目前主要應用于商業化鈦酸鋰等其他金屬氧化物電極材料的批量化生產，但是制備的粉體材料顆粒尺寸較大，難以實現鈦酸鋰材料高效利用。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種鋰離子電池負極材料釔摻雜鈦酸鋰的制備方法，能夠解決現有技術制備出電池負極材料顆粒尺寸較大、電導率低，難以實現材料高效利用的問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種鋰離子電池負極材料釔摻雜鈦酸鋰的制備方法，該方法通過如下步驟實現：

1)稱取鈦源、鋰源、釔源，并將鈦源溶于硝酸，鋰源和釔源溶于去離子水中，混合均勻，得到混合溶液；

2)向步驟1)所得混合溶液中加入一定量的燃燒劑轉入坩堝，置于馬弗爐中，發生自蔓延燃燒現象，得到燃燒產物；

3)在700～900℃下對步驟2)所得燃燒產物進行熱處理后，冷卻至室溫，得到釔摻雜鈦酸鋰粉體；

4)將步驟3)所得釔摻雜鈦酸鋰粉體放入球磨機進行球磨，過篩后得到目標粉體。

優選地，所述步驟1)中鈦源中鈦的摩爾量、鋰源中鋰的摩爾量以及釔源中釔的摩爾量三者之比為n_Ti：n_Li：n_Y＝1：0.85：(0.005～0.010)。

優選地，所述步驟1)中鋰源為硝酸鋰、醋酸鋰、碳酸鋰中的一種或多種，所述釔源為硝酸釔、醋酸釔、碳酸釔中的一種或多種，所述硝酸為分析純，所述硝酸的質量分數為65～68％。

優選地，所述步驟2)中燃燒劑為尿素、甘氨酸、丙氨酸的一種或多種。

優選地，所述步驟2)中馬弗爐的溫度為300～500℃。

優選地，所述步驟3)的具體方法為：將燃燒產物在通有惰性氣體的高溫箱式爐中進行燒結，加熱至700～900℃，加熱速率為5～15℃/min，保溫7～10h，隨爐冷卻至室溫，得到釔摻雜鈦酸鋰粉體材料。

優選地，所述步驟4)中的球磨時間為1～3h。

優選地，所述步驟4)中球磨機的轉速為400～600r/min。

本發明提供了一種鋰離子電池負極材料釔摻雜鈦酸鋰。

本發明還提供了一種鋰離子電池負極材料釔摻雜鈦酸鋰在鋰離子電池體系中的應用。

采用上述技術方案，與現有技術相比，本發明的有益效果：通過采用高能球磨與液相燃燒法相結合的方法所制得的釔摻雜鈦酸鋰材料粒徑小且分布均勻，電導率、鋰離子擴散系數得到了明顯提高，并且在高倍率下表現出良好的電化學性能，同時提升循環穩定性。本發明所用原料來源豐富，制備工藝簡單，易于實現工業化生產。

附圖說明

圖1為本發明制備方法中實施例2所得釔摻雜鈦酸鋰的SEM圖；