[發明專利]一種鋁鐵摻雜鈦酸鋰負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710819540.6
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107799734A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州思創源博電子科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體涉及一種鋁鐵摻雜鈦酸鋰負極材料的制備方法。

背景技術

自從鋰離子電池被成功的商業化以來，鋰離子電池因為具有長壽命、高容量、高能量密度等顯著優點，被廣泛地應用于手機、筆記本電腦等電子移動設備，在小型電動汽車上的使用也備受關注。

近年來，石墨作為鋰離子電池負極材料得到了廣泛的使用，是目前商業化鋰離子電池的主流負極材料，隨著研究人員的不斷改性，性能比最初應用時有了較大改善，但是其仍然存在理論容量較低（372 mAh g^-1）等缺陷，限制了鋰離子電池的進一步的應用。鈦酸鋰的諸多優點使其在電動汽車、混合動力汽車和儲能電池等領域具有廣泛的應用前景。但是，Li₄Ti₅O₁₂材料的電子電導 率低導致其在高倍率下電化學性能較差，而且在電池充放電過程中會產生脹氣問題，這些都嚴重地影響了電池的循環壽命，并限制了鈦酸鋰的實際應用。

硬炭是一種由石墨微晶以無定形結構交聯堆積組成的新型負極材料，該材料的層間距在0.38-0.4nm之間，大于石墨的0.34nm，有利于鋰離子的快速嵌入于脫出，并且材料在鋰離子的反復脫嵌過程中形變應力較小，能夠保持結構的穩定性，這些性能在電池中最終體現為充電速度的加快和使用壽命的延長。

發明內容

本發明提供一種鋁鐵摻雜鈦酸鋰負極材料的制備方法，所述方法通過水熱法，將Al³⁺和Fe³⁺按照一定的比例摻入鈦酸鋰的晶格結構中，用此種方法合成的新型負極材料仍是尖晶石結構，擴寬了鋰離子的擴散通道，減小了鋰離子的擴散阻力從而提高了材料的離子電導率；本發明將硬碳成分用于負極材料碳包覆劑，負極材料比容量高，循環性能和倍率性能優良。

為了實現上述目的，本發明提供一種鋁鐵摻雜鈦酸鋰負極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備鋁鐵摻雜鈦酸鋰

所述鋁鐵摻雜鈦酸鋰的分子式為Li_4-xTi₄Al_xFeO₁₂，其中0.95≤x≤1.05；

將鈦酸四丁酯溶于乙二醇溶液中形成鈦溶液；

將檸檬酸鋰、氯化鋁、硝酸鐵加入去離子水中，配制成混合溶液；

在攪拌狀態下，將混合溶液加入到鈦溶液中，充分混合均勻得復合溶液；

將復合溶液轉移到反應釜中，于180-195℃條件下加熱25-30h，經過抽濾干燥后得到前驅體；

將前驅體在空氣氣氛下、溫度為600-800℃的條件下煅燒8-10h，得到鋁鐵摻雜鈦酸鋰；

（2）稱取淀粉溶于無水乙醇中，攪拌5-6h，形成均一溶液，然后向溶液中加入上述鋁鐵摻雜鈦酸鋰以及與交聯劑，在120-180℃條件下交聯10-18h，得到固態前驅體；其中淀粉、鋁鐵摻雜鈦酸鋰、無水乙醇和交聯劑的質量比為1：（15-20）：（30-45）：（0.5-0.7）；

（3）將固態前驅體進行粉碎和篩分，得到粒徑為10-20μm的硬炭包覆粉體前驅體；

在流通的惰性氣體保護下，將硬炭包覆粉體前驅體裝入管式爐中，并以5-8℃/min的升溫速度加熱至450-580℃，保溫3-5h，進行預碳化；

預碳化過程結束后，再以10-15℃/min的升溫速度將管式爐的溫度升至1000-1200℃將材料碳化，得到碳包覆鋁鐵摻雜鈦酸鋰負極材料。

優選的，所述鈦、鋰、鋁、鐵的元素摩爾質量比為4：(2.95-3.05)：(0.95-1.05)：1。

本發明具有如下優點和顯著效果：

（1）所述方法通過水熱法，將Al³⁺和Fe³⁺按照一定的比例摻入鈦酸鋰的晶格結構中，用此種方法合成的新型負極材料仍是尖晶石結構，擴寬了鋰離子的擴散通道，減小了鋰離子的擴散阻力從而提高了材料的離子電導率；

（2）本發明將硬碳成分用于負極材料碳包覆劑，負極材料比容量高，循環性能和倍率性能優良。

具體實施方式

實施例一

所述鋁鐵摻雜鈦酸鋰的分子式為Li_3.05Ti₄Al_0.95FeO₁₂。