[發明專利]一種在銅箔表面制備三維多孔碳摻雜鈦酸鋰涂層的方法

有效

• 申請號: 202010213679.8
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111370676B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 唐輝
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種在銅箔表面制備三維多孔碳摻雜鈦酸鋰涂層的方法，屬于鋰離子電池負極制備領域。包括：1)將鈦源和氫氧化鋰分散于去離子水中，得到混合液A；2)將高分子碳源分散于無水乙醇中，得到混合液B；3)將混合液B和混合液A混合，得到混合液C；4)將混合液C置于不銹鋼槽體中，以銅箔作為陽極、不銹鋼槽體作為陰極，采用液相等離子體氧化電源供電，在脈沖電壓為700V～900V、頻率為60Hz～1000Hz的條件下氧化3～8min，即可在銅箔表面形成三維多孔的碳摻雜鈦酸鋰復合涂層。本發明得到的碳摻雜鈦酸鋰涂層具有三維多孔的結構，有利于鋰離子電池電解液的浸潤，能夠減少擴散傳質的阻力。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極制備領域，具體涉及一種在銅箔表面原位生長三維多孔碳摻雜鈦酸鋰涂層的方法。

背景技術

鈦酸鋰材料(Li₄Ti₅O₁₂，簡稱LTO)被認為是最有應用前景的負極材料之一。在Li+充放電的循環過程中基本沒有體積上的變化，結構十分穩定，被稱為“零應變”材料，使LTO表現出優異的循環性能和長壽命儲能等優勢。同時LTO的鋰化電壓平臺在1.55V(Vs Li+/Li)左右，可以有效地抑制鋰枝晶的形成，避免鋰枝晶生長和電解液分解帶來的安全隱患。但是，鈦酸鋰作為一種絕緣材料，導電率低，倍率性能差，此特性阻礙了LTO負極材料的廣泛應用。目前通常采用碳摻雜來提高鈦酸鋰材料的導電性能和倍率性能。

同時，現有工業化鈦酸鋰負極的生產制備方法是將鈦酸鋰、導電劑、粘結劑和溶劑在高速攪拌下均勻混合，形成漿料；然后通過涂布、真空干燥、對輥等工藝制備得到。其工藝過程復雜，耗時長。

公開號為CN109103447A的中國發明專利公布了一種鈦酸鋰粉體的制備方法，其將鋰源和鈦源分別配成溶液，混合后經高溫燒結，制備得到鈦酸鋰粉體。公開號為CN106876675A的中國發明專利公布了一種石墨碳和鈦酸鋰復合粉體的制備方法，其將石墨和鈦酸鋰粉體混合后經高速球磨制備得到石墨碳和鈦酸鋰的復合粉體材料。公開號為CN110459770A的中國發明專利公布了一種鈦酸鋰和碳復合電極的制備方法，其將鋰源、鈦源以及碳納米管通過高速球磨混合，而后通過噴霧干燥和高溫燒結制備了鈦酸鋰負極。公開號為CN106410146A的中國發明專利公布了一種通過碳復合提高鈦酸鋰電極倍率性能的方法，其將鈦源、鋰源混合形成鈦酸鋰前驅體溶液，而后將前驅體溶液和酮類、醇類等有機溶液混合，經過高溫退火處理，形成碳摻雜的鈦酸鋰復合材料，該材料用于鋰離子電池負極，能夠改善鈦酸鋰的倍率性能。公開號為CN106450261B的中國發明專利公布了一種鈦酸鋰負極極片的制備方法，其利用EDOT單體與PSS溶液復合作為鈦酸鋰粉末材料的導電劑和粘結劑，通過聚合、涂布制備了鈦酸鋰電極極片。公開號為CN110176586A的中國發明專利公布了一種制備鈦酸鋰涂層極片的方法，其通過濺射沉積的方法形成鈦酸鋰涂層。然而，上述鈦酸鋰涂層的制備方法，存在工藝復雜、制備條件嚴苛、使用大量有機溶劑、得到的鈦酸鋰涂層電子導電性差等問題。

發明內容

本發明的目的在于，針對背景技術存在的缺陷，提出一種在銅箔表面制備三維多孔碳摻雜鈦酸鋰涂層的方法。

本發明的另一目的在于，提供一種鈦酸鋰負極電極片，以替代現有鈦酸鋰負極極片制備過程中的制漿、涂布、真空干燥等過程。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種在銅箔表面制備三維多孔碳摻雜鈦酸鋰涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將鈦源和氫氧化鋰分散于去離子水中，攪拌混合均勻，得到混合液A；

步驟2、將高分子碳源分散于無水乙醇中，攪拌混合均勻，得到混合液B；

步驟3、將混合液B加入混合液A中，攪拌混合均勻，得到混合液C；得到的混合液C中，鈦源的濃度為3～20g/L，氫氧化鋰的濃度為3～40g/L，高分子碳源的濃度為2～10g/L；