[發明專利]一種碳鈦復合鋰電池負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810760271.5
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN109192932A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 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;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種碳鈦復合鋰電池負極材料的制備方法，所述方法采用具有特殊微納結構的高性能氧化鈦，既能得到結晶度較高的氧化鈦，有利于發生儲鋰反應；本發明通過碳氮的復合，提高了活性物質的導電性，另外，氮摻雜的碳層與氧化鈦之間的空腔為活性物質嵌/脫鋰時體積的膨脹提供了有效空間，防止了氧化鈦的粉化團聚。

技術領域

本發明涉及電池材料領域，具體涉及一種碳鈦復合鋰電池負極材料的制備方法。

背景技術

近年來，國內新能源汽車行業發展迅速，電池種類豐富多樣，市場對電池的需求和要求逐漸增加。其最關心的關鍵指標主要集中在五大方面：安全穩定性能、循環壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度。

當今，鋰離子電池在社會發展中的作用越來越高。因此，開發高性能、綠色環保的電極材料成為鋰離子電池的研究熱點。目前鋰離子電池負極材料以石墨化碳材料為主，但碳材料存在以下不足：（1）首次放電過程中生成SEI膜，造成不可逆容量損失，甚至引起碳電極內部結構變化和接觸不良；（2）高溫時因為保護層的分解，導致電池失效或引起安全性事故；（3）單位體積容量相對較低。由于金屬、金屬氧化物及其復合材料具有高的比容量，因此它們成為鋰離子電池負極材料的替代品，具有較大的發展潛力。

氧化鈦具有理論比容量高、含量豐富、無污染等優勢，可作為鋰二次電池的負極材料。然而，氧化鈦作為鋰電負極材料凸顯優勢的同時，也存在一些缺點：一是體相氧化鈦導電性差，不利于電子的傳輸；二是充放電過程中，體相氧化鈦易粉化團聚，導致電池循環性能急劇下降。

發明內容

本發明提供一種碳鈦復合鋰電池負極材料的制備方法，所述方法采用具有特殊微納結構的高性能氧化鈦，既能得到結晶度較高的氧化鈦，有利于發生儲鋰反應；本發明通過碳氮的復合，提高了活性物質的導電性，另外，氮摻雜的碳層與氧化鈦之間的空腔為活性物質嵌/脫鋰時體積的膨脹提供了有效空間，防止了氧化鈦的粉化團聚。

為了實現上述目的，本發明提供一種碳鈦復合鋰電池負極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備氧化鈦材料

以鈦酸四丁酯、無水乙醇、冰醋酸、PVP原料配制溶液一，以無水乙醇、去離子水為原料配制溶液二，然后將溶液二緩慢滴加到溶液一中，得到TiO₂溶膠凝膠溶液；

室溫下攪拌1-2h，然后在40℃-60℃烘干，氬氣氛下，將加熱到700℃，并保溫2-3h，冷卻至至室溫后取出得到納米氧化鈦；

（2）制備氧化硅包覆氧化鈦前驅體

將60重量份的氧化鈦分散在150-180重量份的由乙二醇和水按體積比3:1構成的混合液中，超聲攪拌10-60min，然后在攪拌條件下加入2-4重量份氨水和0.2-0.3重量份正硅酸四乙酯，繼續攪拌8-14h，離心、洗滌，即獲得氧化硅包覆氧化鈦前驅體；

（3）將獲得的氧化硅包覆氧化鈦前驅體分散在100重量份乙醇中，然后加入1-2重量份的高分子表面活性劑，攪拌20-30h，離心、洗滌；

將洗滌后氧化硅包覆氧化鈦前驅體分散于80重量份去離子水中，然后加入0.3-0.35重量份吡咯單體，超聲45-50min，再在攪拌條件下逐滴加入50重量份濃度為20-25mmol/L的引發劑溶液，最后聚合反應4-12h，離心、洗滌、干燥；

（4）將所述干燥后的產物置于惰性氣體氛圍中，以5℃-8℃/min的升溫速率升溫至570℃-630℃，退火1-3h，使聚吡咯碳化；

將所述碳化后的產物放入堿性溶液中進行刻蝕，以去除SiO₂，即得到碳鈦復合負極材料。

優選的，所述溶液一中鈦酸四丁酯、無水乙醇、冰醋酸的體積比為1:8:1，溶液二中的無水乙醇、去離子水的體積比7:1，所述PVP與加入鈦酸四丁酯的質量比為1:5。