[發明專利]鈦酸鋰負極材料的改性方法

在審

• 申請號: 202210811452.2
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN114944483A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 趙嵐昕;武傳寶;王允威;馬光強;楊婷;陳孟俁;鄭興文
• 申請（專利權）人: 攀枝花學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M10/0525;C01G23/00
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 羅貴飛

本發明公開了一種鈦酸鋰負極材料的改性方法，屬于鋰離子二次電池技術領域。鈦酸鋰負極材料的改性方法，包括如下步驟：a、將鈦鹽與含冰乙酸的無水乙醇混合得到鈦溶膠，將醋酸鋰和碳源加入至鈦溶膠中，攪拌至澄清，得到鈦酸鋰溶膠；b、將步驟a得到的鈦酸鋰溶膠在紫外燈輻照下進行減壓蒸餾，得到鈦酸鋰前驅粉體；c、將步驟b得到的鈦酸鋰前驅粉體煅燒，得碳包覆的尖晶石結構鈦酸鋰負極材料。本發明的鈦酸鋰負極材料的改性方法縮短了凝膠化時間和整個制備鈦酸鋰的周期，改善了粉體的顯微結構，提高了粉體的電化學性能，可有效解決現有碳復合改性鈦酸鋰的工藝較為復雜，且包覆均勻性較差的問題。

技術領域

本發明屬于鋰離子二次電池技術領域，具體涉及一種鈦酸鋰負極材料的改性方法。

背景技術

目前，常見的鋰離子電池負極材料為碳負極，但其在充放電過程中會產生枝晶，刺破隔膜造成短路，進而發生爆炸。而用鈦酸鋰作負極的電池具備高安全性、超長壽命、快速充放電、寬溫區工作范圍的特點，可以廣泛應用于新能源汽車、儲能電池和要求高安全性、高穩定性和長壽命的應用領域。但是，鈦酸鋰材料本征電子導電性較差，導致極化嚴重，影響電池的倍率性能。目前改善其電化學性能的方法主要有：離子摻雜、表面改性以及形貌控制。其中，碳表面包覆是目前改性鈦酸鋰的各種方法中最為主流的一種方法。

碳包覆層可以為電極提供良好的導電性，加快電荷傳輸，從而提高電化學性能。通常，通過將碳源(葡萄糖、蔗糖、瀝青等)與鈦酸鋰(或其前體)均勻混合之后在高溫下燒結的方法來獲得碳包覆層。碳源在熱處理過程中還能抑制LTO顆粒的長大。但是，較厚的碳包覆層將會限制Li+的擴散，只有經過設計和改良的均勻碳包覆層可以在提供良好導電性的同時保留Li+傳輸的通道。碳層還可以覆蓋LTO表面的催化活性位點，通過防止電極與電解質直接接觸來抑制產氣。在SEI形成過程中，碳層表面形成連續的SEI膜，能夠抑制循環期間的連續界面反應，有助于減少氣體的產生。此外，現有的碳包覆方法往往涉及復雜的實驗原料或工藝流程，并存在包覆均勻度難控制等問題。

在鈦酸鋰的溶膠-凝膠法制備中，實現均勻碳包覆主要取決于煅燒前各元素的分布狀態，而有效控制鈦酸鋰的凝膠化過程是優化元素分布的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有碳包覆改性鈦酸鋰的工藝較為復雜，且包覆均勻性較差的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：鈦酸鋰負極材料的改性方法，包括如下步驟：

a、將鈦鹽與含冰乙酸的無水乙醇混合得到鈦溶膠，將醋酸鋰和碳源加入至鈦溶膠中，攪拌至澄清，得到鈦酸鋰溶膠；

b、將步驟a得到的鈦酸鋰溶膠在紫外燈輻照下進行減壓蒸餾，得到鈦酸鋰前驅粉體；

c、將步驟b得到的鈦酸鋰前驅粉體煅燒，得碳包覆的尖晶石結構鈦酸鋰負極材料。

上述步驟a中，所述鈦鹽為鈦金屬醇鹽；所述碳源為蔗糖或葡萄糖。

進一步的是，所述鈦金屬醇鹽為鈦酸四丁酯、異丙醇鈦、乙醇鈦中任意一種。

上述步驟a中，以鈦離子計，鈦鹽和冰乙酸的摩爾比為1:1-3；以鋰離子計，醋酸鋰和無水乙醇的摩爾比為1:10-30；碳源的加入量為鈦源和醋酸鋰總質量的15-30％。

上述步驟a中，所述鈦酸鋰溶膠的濃度為0.8-1.5mol/L，溶膠中鋰和鈦元素的摩爾比為4:5。

上述步驟a中，所述攪拌時間為2-4h。

進一步的是，所述攪拌時間為3h。

上述步驟b中，所述紫外燈為高壓汞燈，主波長為365nm。

上述步驟b中，所述減壓蒸餾的壓力為500-5000Pa，溫度為25-80℃，時間為2-4h。