[發(fā)明專利]一種超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108281619A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪濤;楊塵;王金龍;朱春林;段銳
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 楊霞;翟攀攀

本發(fā)明公開了一種超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料的制備方法，包括以下步驟：S1、鈦源溶液配制；S2、螯合劑溶液配制；S3、二氧化鈦水凝膠的制備；S4、二氧化鈦氣凝膠制備；S5、負(fù)載鋰源；S6、高溫?zé)Y(jié)。本發(fā)明提出的一種超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料的制備方法，制備的超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料比表面積大，可增大電極與電解液的接觸面積，減緩充放電過程中鋰離子擴(kuò)散阻力，同時均勻的碳包覆層可提高鋰離子傳輸速度，有效提高鈦酸鋰材料的放電容量、倍率性能等電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前，商業(yè)化鋰離子電池中大多采用碳電極作負(fù)極材料，盡管碳負(fù)極材料成本低，但由于嵌鋰后碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，大倍率充電的快速嵌鋰過程中由于動力學(xué)的不匹配性發(fā)生析鋰現(xiàn)象，存在安全性能差、首次充放電效率低、高溫時熱失控等缺點。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)相對于碳負(fù)極有如下優(yōu)點：(1)、充放電過程中不形成SEI膜，無不可逆容量損失；(2)、鋰離子脫嵌過程中體積不變的“零應(yīng)變效應(yīng)”，循環(huán)壽命極優(yōu)；(3)、具有理想的充放電平臺，充放電結(jié)束時電壓突變特性明顯；(4)、較高的Ti4+/Ti3+(1.55VvsLi+/Li)氧化還原電勢，不會形成鋰枝晶；(5)、原料來源廣，清潔環(huán)保，成本低。鈦酸鋰材料子擴(kuò)散系數(shù)較碳負(fù)極大一個數(shù)量級，被認(rèn)為是在快充領(lǐng)域中最具應(yīng)用優(yōu)勢的負(fù)極材料之一。然而鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)電子擴(kuò)散系數(shù)僅為碳負(fù)極材料的1/6，成為制約鈦酸鋰在動力電池中大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的瓶頸。提高鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)材料的電導(dǎo)率，改善其大電流充放電性能是其能夠獲得工業(yè)化應(yīng)用的前提條件。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料的制備方法，制備的超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料比表面積大，可增大電極與電解液的接觸面積，減緩充放電過程中鋰離子擴(kuò)散阻力，同時均勻的碳包覆層可提高鋰離子傳輸速度，有效提高鈦酸鋰材料的放電容量、倍率性能等電化學(xué)性能。

本發(fā)明提出的一種超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、鈦源溶液配制：按摩爾份將1份鈦酸四丁酯溶解于10-20份乙醇溶液中，然后加入表面活性劑，攪拌均勻，調(diào)節(jié)體系pH為3.5-5.0，得到溶液A；

S2、螯合劑溶液配制：將螯合劑溶解于乙醇溶液中，攪拌均勻，調(diào)節(jié)體系pH為5.5-6.5，得到溶液B；

S3、二氧化鈦水凝膠的制備：將溶液B加入溶液A中攪拌均勻，反應(yīng)20-30min后加入干燥控制試劑，攪拌均勻后靜置40-60min，形成二氧化鈦水凝膠；

S4、二氧化鈦氣凝膠制備：將二氧化鈦水凝膠置于50-80℃的水浴中陳化24-48h，然后分別用50-70℃的乙醇、表面修飾溶劑、極性溶劑洗滌1-3次，再在70-100℃干燥6-12h，得到二氧化鈦氣凝膠；

S5、負(fù)載鋰源：將氫氧化鋰溶解于乙醇溶液中，形成透明溶液后加入二氧化鈦氣凝膠，攪拌均勻，然后快速干燥，得到鈦酸鋰前驅(qū)體；

S6、高溫?zé)Y(jié)：將鈦酸鋰前驅(qū)體在氣氛保護(hù)環(huán)境中燒結(jié)，得到超細(xì)納米化碳包覆鈦酸鋰材料。

優(yōu)選地，S1中，表面活性劑與鈦源的摩爾比為0.3-0.8:100，且表面活性劑為聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇，聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物，環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丁烷共聚物、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、三嵌段共聚物F127、三嵌段共聚物F108、三嵌段共聚物P123中的任意一種。