[發明專利]一種球形碳包覆鈦酸鹽復合負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811145898.6
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109244415A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 沈偉;申蘭耀;王勝彬;于永利;趙彬濤;盧曦;蔣寧;周恒輝
• 申請（專利權）人: 北京泰豐先行新能源科技有限公司;北大先行科技產業有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

本發明提供一種球形碳包覆鈦酸鹽復合負極材料的制備方法，步驟包括：配置氯化鹽溶液，再與乙醇攪拌混合完全，得到混合溶液；將鈦酸四丁酯加入到混合溶液中充分水解沉淀，將生成的白色沉淀過濾洗滌，干燥、研磨，得到球形二氧化鈦前驅體；將碳源、鈉源和球形二氧化鈦前驅體加入到去離子水中，加熱攪拌至完全溶解；或者將碳源、鋰源和球形二氧化鈦前驅體加入到去離子水中，加熱攪拌至完全溶解；繼續加熱攪拌至蒸干，干燥、研磨，得到鈦酸鹽前驅體；將鈦酸鹽前驅體在惰性氣氛下恒溫加熱，冷卻后研磨，得預燒結粉末；將預燒結粉末在惰性氣氛下恒溫煅燒，冷卻后研磨、過篩，獲得球形碳包覆鈦酸鹽復合負極材料。

技術領域

本發明涉及鈉、鋰離子電池電極材料技術領域，具體涉及一種球形形貌的碳包覆鈦酸鹽復合負極材料及其制備方法。

背景技術

自1990年商品化以來，鋰離子電池因其高能量密度、輕質量等特點在下一代新能源電動車和大規模能源儲存系統應用中具有很大的優勢。然而，在大規模的應用中，成本和儲量將取代能量密度成為一個很重要的影響因素。鈉離子電池相對于鋰離子電池更有優勢。首先，鈉元素的儲量在地球上排行第六，鋰的儲量則排在第三十二。其次，碳酸鈉的價格為0.07-0.37英鎊/千克，相對于碳酸鋰的4.11-4.49英鎊/千克便宜很多。更重要的是，鈉和鋰有著相同的物理和化學性質。因此，在鋰離子電池上建立的理論同樣可以應用于鈉離子電池上。

鈉離子電池的是一種非常有前景的化學電源，在對能量密度和體積要求不高的新能源存儲和電網調峰等大型儲能裝置領域具有廣闊的前景。為了發展性能優異的鈉離子電池，開發具有高能量密度的電極材料至關重要。與鈦酸鋰性質相似的鈦酸鈉(Na₂Ti₃O₇)是一種重要的鈉離子電池負極材料。鈦酸鈉嵌鈉前后的體積變化率小于0.8％，是一種結構穩定性好的氧化物負極材料，具有優異的循環性能。但是鈦酸鈉的電子導電性和離子導電性較差，導致容量不能充分發揮，大電流放電性能差。

申請號為201510056054.4的中國發明專利采用噴霧造粒的方式制備出球形鈦酸鈉/石墨烯復合負極材料。申請號為201611008455.3的中國發明專利同樣采用噴霧造粒的方式制備出球形鈦酸鋰復合負極材料。申請號為201610298468.2的中國發明專利也同樣采用噴霧造粒的方式制備出球形鈦酸鋰/石墨烯復合負極材料。雖然采用噴霧造粒的方式能夠制備的電性能優異球形鈦酸鹽材料，但是采用噴霧造粒的方式受制于噴霧干燥機的限制，產能低，噴霧過程實驗參數也難以控制，制備的材料批次穩定性差。

又如申請號為201710771332.3的中國發明專利公開了一種碳包覆鈦酸鋰的制備方法，但其由于采用的是現有已知的傳統固相法，制備的碳包覆鈦酸鋰電極材料為不規則顆粒狀，尺寸大小不一。申請號為201210344585.X的中國發明專利公開了一種高振實密度球形鈦酸鋰的制備方法，但由于其采用的是水/乙醇弱堿性混合溶液來控制鈦酸四丁酯水解，鈦酸四丁酯水解速度控制能力有限，因此球形度、粒徑尺寸控制能力也有限。申請號為201310615695.X的中國發明專利同樣也公開了一種球形鈦酸鋰的制備方法，通過制備的球形二氧化鈦前驅體與鋰鹽水熱反應制備球形鈦酸鋰，但水熱方法產能低、重復性差，且鈦酸鋰表面無碳包覆，影響電化學性能。

因此，如何開發性能優異的球形鈦酸鈉、鈦酸鋰電極材料，簡化工藝路線、降低成本、提高批次穩定性成為本領域亟待解決的關鍵技術問題。

發明內容

為克服現有技術存在的上述不足，本發明提供一種球形碳包覆鈦酸鹽復合負極材料的制備方法，工藝流程簡單，制備的球形碳包覆鈦酸鹽復合負極材料導電性好，離子擴散速率高，放電克容量高，大倍率下循環性能優異。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案:

一種球形碳包覆鈦酸鹽復合負極材料的制備方法，如圖1所示，步驟包括：