[發明專利]一種鈦基鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810216033.8
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108461744B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 王彩蘭
• 申請（專利權）人: 王順方
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 饒富春

本發明公開了一種鈦基鋰離子電池負極材料及其制備方法。該制備方法包括(1)向醇中加入鈦酸四丁酯，攪拌得到溶液A；(2)將無水乙醇、去離子水和冰醋酸進行混合，再加入可溶性鋰鹽和可溶性鋁鹽，攪拌均勻得到溶液B；(3)將A溶液加熱至40?50℃，再在劇烈攪拌條件下將B溶液緩慢滴加至A溶液中，滴加完畢后超聲震蕩8?15min，超聲頻率為20?50KHz，然后在密封條件下加熱至70?85℃下反應8?13h，產物進行干燥處理；(4)步驟(3)得到的產物粉碎后在保護性氣氛下于500?600℃下進行煅燒處理，得到鈦基鋰離子電池負極材料。該方法制備過程簡單，條件可控，反應溫和；得到的鈦基鋰離子電池負極材料具有首次放電容量高，循環性能良好，在高倍率下仍然具有較好的放電容量。

技術領域

本發明屬于新材料領域，具體而言，涉及一種應用于鋰電池的鈦基負極材料及其制備方法。

背景技術

新一代電動汽車要求其驅動電源具有快速充放電能力，而傳統的碳負極材料在倍率性能、安全性能等方面已經不能很好地滿足動力電池高功率的需求，所以研發新型非碳類高功率動力型鋰離子電池負極材料具有重要的意義。

鈦基負極材料(二氧化鈦、鈦酸鋰)具有在充放電過程中體積變化小、可逆性高、環境友好、成本低等優點，是高功率鋰離子電池理想負極材料之一，但是仍然存在不同的缺陷，其中鈦酸鋰的理論比容量僅僅為175mAh/g，且導電性差，限制了鈦酸鋰的大電流充放電性能，同時在固相燒結過程中顆粒易團聚，生成的顆粒尺寸較大，并且振實密度小，比能量降低；而二氧化鈦存在自身導電性差，影響電子傳輸，限制大倍率性能，并且高溫燒結時容易發生團聚，形成二次顆粒，首次庫倫效率低，可逆容量低。

為了改善上述缺陷，常采用包覆或摻雜等方式來改良其電化學新更能，但是得到的材料性能改善并不顯著，例如專利CN107742718A《一種具有多級結構的鈦酸鈉鋰負極材料的制備方法》采用溶膠凝膠法制備得到的是復合的球狀材料，且雖然性能有所提高，但是制備過程繁瑣，且加入助劑種類繁多，其首次脫鋰容量不高于160mAh/g，經過100次循環后放電容量不高于121mAh/g，且沒有考察在高倍率下充放電的容量；專利CN107492647A《鋰離子電池負極材料、負極材料制備方法及鋰離子電池》公開了負極材料為氮摻雜碳修飾鈦酸鋰，雖然循環穩定性能較好，但是其首次放電容量只有118mAh/g。

發明內容

本發明的目的是在以二氧化鈦和鈦酸鋰為基礎，得到一種具有特定穩定結構的鈦基鋰離子電池負極材料，該鋰離子電池負極材料具有首次放電容量高，循環穩定性較好，且在高倍率下仍部分具有較高的放電容量。

為了實現本發明的目的，本發明人通過大量試驗研究并不懈努力，最終獲得如下技術方案：一種鈦基鋰離子電池負極材料制備方法，包括如下步驟：

(1)向醇中加入鈦酸四丁酯，攪拌得到溶液A；

(2)將無水乙醇、去離子水和冰醋酸進行混合，再加入可溶性鋰鹽和可溶性鋁鹽，攪拌均勻得到溶液B；

(3)將A溶液加熱至40-50℃，再在劇烈攪拌條件下將B溶液緩慢滴加至A溶液中，滴加完畢后超聲震蕩8-15min，超聲頻率為20-50KHz，然后在密封條件下加熱至70-85℃下反應8-13h，產物進行干燥處理；

(4)步驟(3)得到的產物粉碎后在保護性氣氛下于500-600℃下進行煅燒處理，得到鈦基鋰離子電池負極材料；

其中鈦酸四丁酯、鋰鹽、鋁鹽中鈦、鋰、鋁的摩爾比為1:(1.5-2.5)：(0.3-0.8)。

進一步優選地，如上所述鈦基鋰離子電池負極材料制備方法，所述鈦酸四丁酯、鋰鹽、鋁鹽中鈦、鋰、鋁的摩爾比為1:(1.8-2.1)：(0.6-0.8)。

進一步優選地，如上所述鈦基鋰離子電池負極材料制備方法，所述可溶性鋰鹽為硝酸鋰或氯化鋰。