[發明專利]一種碳包覆鈦酸鋰負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010554067.5
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111668467A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 高劍;周玉;王鵬博;王銘
• 申請（專利權）人: 四川虹微技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 胡慧東

本發明公開了一種碳包覆鈦酸鋰負極材料的制備方法，采用單寧酸作為碳源修飾二氧化鈦納米顆粒，由于單寧酸與二氧化鈦納米顆粒發生螯合作用，單寧酸通過靜電相互作用包覆于二氧化鈦納米顆粒表面；將單寧酸修飾的二氧化鈦納米顆粒與鋰源化合物通過高速混料機均勻混合，并在惰性氣氛中進行高溫焙燒，最終得到碳包覆鈦酸鋰負極材料。該方法的特點在于使用單寧酸修飾二氧化鈦納米顆粒，同時實現了鈦酸鋰顆粒的粒徑控制和表面碳包覆層均勻分布。采用本發明方法制備碳包覆鈦酸鋰材料的包覆工藝簡單，原料成本低，生產能耗小，并且得到的碳包覆鈦酸鋰負極材料的粒徑較小、比容量高，循環穩定性好。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料領域，具體涉及一種碳包覆鈦酸鋰負極材料的制備方法。

背景技術

由于能源資源的限制和日益加重的環境污染，開發一種環保的可持續的能源來代替傳統能源變得越來越重要。在迄今為止開發的各種電池技術中，鋰離子電池由于其能提供高能量和功率密度得到快速發展應用。作為一種新型的化學儲能設備，鋰離子電池具有循環壽命長，能量密度高，無記憶效應，可快速充放電等優點，已廣泛應用于手機、筆記本電腦、電動工具、電動車、家用小電器等領域。

尖晶石型鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)材料由于其高安全性和“零應變”效應得到密切關注，并且，鈦酸鋰負極材料具有較高的理論容量(175mAh/g)、穩定的工作電壓(1.55V vs.Li/Li⁺)、優異的循環穩定性、綠色環保無污染以及易于生產加工等優點。鈦酸鋰電池目前在電動汽車領域應用較多，市場前景很大。但是，由于鈦酸鋰材料本身本征電子導電率僅為10^-13S/cm，導電性很差，并且其鋰離子擴散系數不大，僅為10^-9-10^-13cm²/s，這在一定程度上限制了其電池性能。通常，通過控制鈦酸鋰材料的粒徑大小并在其表面獲得均勻的碳包覆層是提升其電池性能的常見方法。

目前，制備碳包覆鈦酸鋰材料的工藝中，常用的碳源主要有兩種，一種是可溶性高分子碳源，另一種是可在體系中原位聚合的高分子碳源。一般情況下，使用可溶性高分子碳源對鈦酸鋰材料進行碳包覆，需要先將可溶性高分子碳源溶于水，再加入鈦源和鋰源，通過球磨等工藝混合均勻后使用噴霧干燥得到鈦酸鋰前驅體，這種工藝繁瑣，能耗大，生產成本高；此外，由于原位聚合過程一般需要加入引發劑，大大增加了成本，不適宜大批量合成，因此，通過原位聚合的方式引入高分子碳源的工藝也不適宜工業化制備碳包覆鈦酸鋰材料。因此，探索工藝簡單，成本低廉的鈦酸鋰材料碳包覆工藝是很有必要的。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種碳包覆鈦酸鋰負極材料的制備方法，通過工藝簡單、成本低的合成路徑，制備具有均勻碳層包覆的鈦酸鋰負極材料，控制了固相反應過程中鈦酸鋰的晶粒生長，提高了鈦酸鋰負極材料的導電性能，并且鈦酸鋰負極材料的比容量得到提升。

本發明為實現上述目的而采用的技術方案為：

一種碳包覆鈦酸鋰負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將二氧化鈦納米顆粒加入單寧酸水溶液中，超聲分散30min，室溫下進行機械攪拌，持續時間0.5h-3h；

(2)將步驟(1)中溶液進行真空抽濾，烘干濾餅，得到復合物A；

(3)將步驟(2)得到的復合物A與鋰源化合物一起加入高速混合機中混合均勻，得到復合物B；

(4)將步驟(3)得到的復合物B置于管式爐內，在惰性氣氛中焙燒，得到所述碳包覆鈦酸鋰負極材料。

進一步的技術方案為，步驟(1)中，單寧酸水溶液中單寧酸含量為0.5wt％-5wt％。

進一步的技術方案為，步驟(2)中，將濾餅置于60℃-100℃烘箱中干燥20h-72h。