[发明专利]锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料，特别是涉及一种利用碳源物质化学热解制备锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的方法。

背景技术

目前，锂离子电池用负极材料的研究重点正朝着高比容量、高充放电效率、高循环性能和耐高倍率充放电的动力型电池材料方向发展。现有产商品化的锂离子电池用负极材料是碳负极材料，但是碳负极材料存在一些缺陷，如：首次放电过程中生成SEI膜(固体电解质界面膜)，造成不可逆容量损失，高温可能导致电池失效或引起安全性问题，大电流充放电性能较差等，这些问题使得该材料已经不能满足高效电池尤其是动力电池的需求。

与碳负极相比，尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)材料具有很多优点，如：1)具有较高的固相离子传导率，因而具有良好的快速充电性能，10CA充电容量>80％D0D(放电深度)；2)钛酸锂材料在电池首次充放电过程中不需要形成SEI膜，具有较高的能量转换效率；3)钛酸锂材料在充电过程中不形成锂金属或合金，具有较高的安全性；4)钛酸锂材料在循环过程中晶体结构稳定，具有良好的循环稳定性。因此钛酸锂材料可作为锂离子动力电池的良好负极材料，是目前锂离子电池负极材料研究的热点。

但是由于钛酸锂材料是一种半导体材料，因而电子导电性较差，倍率充放电性能欠佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是改善钛酸锂材料的电子导电能力、有效提高材料的倍率充放电性能。

为此，本发明提供了一种锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备方法，包括以下步骤：

1)按摩尔比Li：Ti＝(0.81～0.87)：1的比例称取锂盐和二氧化钛，加入分散剂，球磨法充分混合，然后真空烘干制得前驱体，所述的分散剂与球磨混合物的质量比为(1～3)：4；

2)将制得的前驱体在750～1000℃下焙烧8～20h，制得钛酸锂；

3)通过浸渍蒸干法将能溶于无水乙醇或丙酮的碳源物质包覆在制得的钛酸锂表面；

4)将包覆有碳源物质的钛酸锂置于管式炉中，在惰性气体保护下，在750～1000℃下焙烧0.5～5h，得到碳包覆型钛酸锂，碳的包覆量为产物总质量的1～15％。

上述的浸渍蒸干法为将碳源物质溶于无水乙醇或丙酮，然后置于恒温水浴中，机械搅拌20～120分钟后缓慢加入钛酸锂，水浴温度为60～90℃，蒸干溶剂，得到包覆有碳源物质的钛酸锂。

本发明提供的另一种锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备方法，包括以下步骤：

1)按摩尔比Li：Ti＝(0.81～0.87)：1的比例称取锂盐和二氧化钛，加入碳源物质和分散剂，球磨混合、烘干得到混合均匀的前驱体；

2)将前驱体置于管式炉中，在惰性气体保护下，在750～1000℃下焙烧8～20h，得到碳包覆型钛酸锂，碳的包覆量为产物总质量的1～15％。

上述的分散剂为蒸馏水、无水乙醇或丙酮。

上述的碳源物质选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚苯萘和糖类中的一种或几种。

上述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂、硝酸锂、磷酸锂、氯酸锂和草酸锂中的一种或几种。

上述的球磨法的球磨时间为2～10小时，真空烘干温度为80～120℃、时间为12～36小时。

上述的惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气和CO₂气体中的一种或几种。

两种制备方法的不同之处在于，第1种方法是使碳源物质在成品钛酸锂颗粒表面热解，得到碳包覆型钛酸锂；第二种方法是使碳源物质在钛酸锂合成过程中热解，得到碳包覆型钛酸锂。

本发明的锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备方法通过碳包覆材料的热解反应在钛酸锂表面直接形成化学包覆碳，这种包覆碳与钛酸锂材料表面接触更牢固紧密，从而可以大大改善材料的电子导电能力，有效提高材料的倍率充放电性能。

附图说明

图1是本发明的制备方法的流程图；

图2是碳包覆型钛酸锂材料I与碳酸锂材料的首次(0.1C)的充放电曲线图；

图3是碳包覆型钛酸锂材料II与碳酸锂材料的首次(0.1C)的充放电曲线图；

图4是碳包覆型钛酸锂材料III与碳酸锂材料的首次(0.1C)的充放电曲线图；

图5是钛酸锂与碳包覆型钛酸锂材料I、II、III的倍率性能对比曲线；

图6是碳包覆量对材料首次放电比容量的曲线图；

具体实施方式