[發明專利]一種氯化鉀改性鈦酸鋅鋰負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710111360.2
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106816592B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 白玉俊;楊歡;倫寧;亓永新
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 趙斌

本發明公開了一種氯化鉀改性鈦酸鋅鋰負極材料的制備方法，它解決了現有技術中對于鈦酸鋅鋰負極材料電子電導率和離子電導率較差的問題，通過鉀離子和氯離子同時摻雜進入鈦酸鋅鋰中，有效解決了鈦酸鋅鋰負極材料電子電導率和離子電導率較差的問題，顯著提高了鈦酸鋅鋰負極材料的電化學性能，尤其是倍率性能。其技術方案為：包括如下步驟：將鈦酸鋅鋰與氯化鉀按比例在水中混合均勻，然后烘干、燒結、研磨，即得。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，特別是涉及一種氯化鉀改性鈦酸鋅鋰負極材料的制備方法。

背景技術

目前，對高能量密度、快速充放電及高安全性鋰離子電池的市場需求量越來越大。負極材料是鋰離子電池的主要組成部分之一，其性能優劣直接影響了鋰離子電池的性能和使用壽命。目前，最常用的鋰離子電池負極材料為碳系負極材料，但碳系負極材料存在容量損失大、安全性較差等缺陷，無法滿足高性能鋰離子電池發展的要求。

最近，新型鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰(Li₂ZnTi₃O₈，縮寫為LZTO)受到了較多的關注，主要是因為鈦酸鋅鋰具有如下優勢：(1)與石墨負極材料相比，嵌鋰平臺較高(0.5Vvs Li/Li⁺)，提高了鋰離子電池的安全性；(2)一個鈦酸鋅鋰分子中可嵌入3個Li⁺，理論比容量為229mAh g^-1，與鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂，理論比容量為175mAh g^-1)負極材料相比，比容量提高了近30％；另外，相對于鈦酸鋰負極材料，鈦酸鋅鋰的鋰含量降低了34.5％，減少了原材料的成本。然而，鈦酸鋅鋰作為負極材料，電子電導率和離子導電率較差，嚴重影響了鈦酸鋅鋰電化學性能的發揮，尤其倍率性能較差，實際應用中難以進行快速充放電。

研究人員已經在改進鈦酸鋅鋰電化學性能方面進行了許多有意義的工作，如進行表面碳包覆、摻雜、控制形貌、與其它材料復合等，但制備過程通常會比較繁瑣。通過對鈦酸鋅鋰表面包覆導電性好的碳材料等可提高其電化學性能，但表面碳包覆對鈦酸鋅鋰電化學性能的提高幅度比較有限。此外，對鈦酸鋅鋰進行合理的摻雜可一定程度上改善鈦酸鋅鋰的高倍率性能，但摻雜劑、摻雜量、摻雜均勻性、摻雜工藝參數等需嚴格控制，方可達到較好的效果。

綜上所述，現有技術中對于鈦酸鋅鋰負極材料電子電導率和離子電導率較差的問題，尚缺乏有效的解決方案。

發明內容

針對上述現有技術中存在的不足，本發明提供了一種氯化鉀改性鈦酸鋅鋰負極材料的制備方法，包括如下步驟：將鈦酸鋅鋰與氯化鉀按比例在水中混合均勻，然后烘干、燒結、研磨，即得。

水是最便宜的溶劑，且對氯化鉀有很高的溶解度(20℃溶解度為340g/L)，氯化鉀溶于水后可均勻包覆于鈦酸鋅鋰表面，形成均勻的包覆層，可實現對鈦酸鋅鋰的均勻改性。

通過鉀離子和氯離子同時摻雜進入鈦酸鋅鋰中，有效解決了鈦酸鋅鋰負極材料電子電導率和離子電導率較差的問題，顯著提高了鈦酸鋅鋰負極材料的電化學性能，尤其是倍率性能。

進一步的，鈦酸鋅鋰與氯化鉀的質量比為125：1-3。當鈦酸鋅鋰與氯化鉀采用該質量比時，氯化鉀對鈦酸鋅鋰具有較好的改性效果。質量比太少，則改性效果不明顯；質量比太大，則會導致改性后的鈦酸鋅鋰的性能降低。

更進一步的，鈦酸鋅鋰與氯化鉀的質量比為125:1-2。

進一步的，烘干的溫度為100-200℃。由于水的沸點為100℃，烘干溫度太低，則烘干時間太長，效率較低；溫度太高，則耗能太大。

更進一步的，烘干的溫度為100-140℃。