[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電聚合物包覆硅酸鈦鋰負(fù)極材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811033403.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109216676A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱文婷;丁楚雄;李道聰;楊茂萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/60;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 韓燕;金凱

本發(fā)明公開(kāi)了一種導(dǎo)電聚合物包覆硅酸鈦鋰負(fù)極材料的制備方法，首先制備球形硅酸鈦鋰，再將導(dǎo)電聚合物溶解于有機(jī)酸中，形成溶液A，并將硅酸鈦鋰加入到溶液A中分散均勻得到混合液B，然后在混合液B中加入引發(fā)劑使得導(dǎo)電聚合物聚合，經(jīng)過(guò)濾、洗滌，最后烘烤得到導(dǎo)電聚合物包覆硅酸鈦鋰負(fù)極材料。本發(fā)明以二氧化硅微球?yàn)槟０澹袡C(jī)鈦進(jìn)行包覆，制備了球形硅酸鈦鋰，并通過(guò)有機(jī)酸修飾后的導(dǎo)電聚合物進(jìn)行包覆，提高了材料的電導(dǎo)率，所需原料價(jià)格低廉，制備材料表面包覆均勻，電導(dǎo)率得到明顯提高，且本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保，易于工業(yè)推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種導(dǎo)電聚合物包覆硅酸鈦鋰負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

在鋰離子電池的實(shí)際應(yīng)用中，石墨類材料一直是商業(yè)化鋰離子二次電池主要采用的負(fù)極材料。但石墨類材料循環(huán)性能較差，電壓平臺(tái)低且接近鋰的析出電位易于形成鋰枝晶等問(wèn)題限制了這一材料的發(fā)展空間。錫基、硅基材料都面臨材料充放電過(guò)程中導(dǎo)電率低、體積效應(yīng)大的問(wèn)題，使得該類材料的循環(huán)性能下降。另一類應(yīng)用相對(duì)廣泛的負(fù)極材料鈦酸鋰，循環(huán)性能優(yōu)異，且不存在鋰枝晶問(wèn)題。但鈦酸鋰材料能量密度較低，且工作電壓平臺(tái)較高，限制了基于鈦酸鋰負(fù)極材料的功率密度。

在鋰離子電池材料應(yīng)用方面，鈦基硅酸鹽材料的報(bào)道比較少見(jiàn)，傳統(tǒng)上認(rèn)為硅酸鹽類材料的導(dǎo)電性較差，作為鋰離子電池負(fù)極材料加以應(yīng)用面臨諸多困難。鈦基硅酸鹽材料中，目前發(fā)現(xiàn)的熱力學(xué)最穩(wěn)定相為具有α-VPO5結(jié)構(gòu)的Li2TiSiO5。關(guān)于Li2TiSiO5這一材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，Christian Masquelier 等曾在2002年的一篇論文中做過(guò)討論，他們對(duì)該材料的測(cè)試區(qū)間為1-3V(vs.Li,+/Li)，認(rèn)為該材料不具備作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能。杜紅賓等報(bào)道了一類基于硅鈦酸鹽同鋰鹽交換得到的鈦酸硅酸鋰，其專利公開(kāi)了這一離子交換的方法，該作者在專利中認(rèn)為L(zhǎng)i2TiSiO5這一物質(zhì)并不具有嵌入脫出鋰離子的能力，不適合作為鋰離子電池材料（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01210111414.2，專利公布好：CN102623698 A）。

但是，Li2TiSiO5材料在放電至1V(vs.Li,+/Li)以下時(shí)，具有一定的容量和比較穩(wěn)定的電壓輸出平臺(tái)，即避免了鋰枝晶的形成而引起短路，有效提高鋰離子電池的安全性能；又保證了鋰離子電池具有較高的工作電壓。該材料的主要元素鈦和硅在自然界的含量豐富，原料價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好。因此，硅酸鈦鋰可以作為一種新型鋰離子電池負(fù)極材料，具有很好的前景和潛力。但Li2TiSiO5材料的容量較理論容量相比小很多，原因是這一材料接近絕緣體，在鋰離子電池充放電的過(guò)程中難以充分活化導(dǎo)致部分材料未參加電化學(xué)反應(yīng)。

為了提高Li2TiSiO5材料的電導(dǎo)率，通常采用碳包覆的辦法。但是在表面碳包覆方法上，碳包覆均要經(jīng)過(guò)高溫碳化處理，硅酸鈦鋰顆粒經(jīng)過(guò)二次高溫煅燒易發(fā)生團(tuán)聚，增大顆粒尺寸，降低放電容量；碳包覆還存在混合不均勻、包覆層緊密度差問(wèn)題，造成材料之間的接觸電阻較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種導(dǎo)電聚合物包覆硅酸鈦鋰負(fù)極材料的制備方法，以導(dǎo)電聚合物作為包覆材料，并對(duì)導(dǎo)電聚合物進(jìn)行有機(jī)酸摻雜，提高了導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率，均勻包覆的導(dǎo)電聚合物能夠在電池充放電過(guò)程中有效活化原本接近絕緣的電極材料，從而改善材料的導(dǎo)電性能；且包覆過(guò)程，無(wú)需高溫煅燒，有效的避免了硅酸鈦鋰顆粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，提高了鋰離子擴(kuò)散能力，從而達(dá)到了改善材料電化學(xué)性能的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種導(dǎo)電聚合物包覆硅酸鈦鋰負(fù)極材料的制備方法，包括有以下步驟：

（1）、將二氧化硅微球分散在無(wú)水乙醇溶液中得混合液，在混合液中加入有機(jī)鈦，攪拌條件下，緩慢滴加去離子水，靜置5~24小時(shí)，得到前驅(qū)體；