[发明专利]一种制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种采用尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂对天然石墨进行表面包覆，以期提高其电化学性能并用于锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池是目前最先进的可充电化学电源体系，在手机、笔记本电脑等数码产品中得到最广泛的应用，并可望在电动工具、混合动力汽车的纯电动汽车领域得到广泛应用。但是随着数码产品的功能高度集成化，所需电池的比能量需要有较大幅度的提高，而对用电动工具等使用的动力电池，除了能量密度的要求外，价格是重要的考量因素之一。天然石墨具有比能量高(大于360mAh/g)、振实密度高、储量丰富、价格便宜等优势，既可以满足数码产品对电池的能量密度高的要求，还可以满足动力电池降低价格的要求。因此，天然石墨是锂离子电池最具潜力的负极材料之一。但是天然石墨的首次循环的库仑效率低、材料的循环性能较差，直接影响了其大规模商业化的进程。目前商业化的方法是采用碳材料进行包覆的方法，这种方法需要在较高的温度(大于1500℃)下进行热处理，较高的温度需要消耗大量的电能并且处理过表面的有机层碳化过程中还会产生多种污染物，因此，寻找低温、绿色的包覆材料和包覆工艺具有明显的现实意义。

发明内容

本发明的目的提供一种以尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂对天然石墨进行表面包覆改性的方法，以提高天然石墨的电化学性能并简化工艺，减轻污染，降低能耗。

本发明具体采用如下技术方案：

一种制备用于锂离子电池负极的Li₄Ti₅O₁₂包覆天然石墨的方法，其特征是，包括如下步骤：

将天然石墨粉分散于浸没量的无水乙醇中，搅拌并加入按照表面包覆量计算所需的化学计量比的钛酸四丁酯，搅拌10小时以上以确保钛酸四丁酯被石墨表面充分吸附，此时吸附在石墨表面的钛酸四丁酯逐步水解生产二氧化钛，之后缓慢加入锂盐的水溶液，加热使溶剂挥发，最后得到的混合物(石墨、二氧化钛和锂盐的混合物)在惰性气体保护下800℃处理12小时得到尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂包覆天然石墨；

其中，所述石墨与Li₄Ti₅O₁₂的重量比为1-10∶90-99，锂盐和钛酸四丁酯的摩尔比为4∶5。

所述的锂盐为醋酸锂、乙酸锂、碳酸锂、硝酸锂中的一种。

所述的惰性气体为氩气或者氮气。

所述的Li₄Ti₅O₁₂的含量为1-100％。

本发明中，无水乙醇只是充当溶剂，只需要能够将天然石墨充分浸没即可；溶解锂盐的水主要用于钛酸四丁酯的水解，只需要能保证钛酸四丁酯充分水解即可，因此对无水乙醇和水的用量不作要求，但考虑到尽量节约成本，无水乙醇和水的用量不可太多。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：热处理温度低，有利于降低材料的能耗，从而降低材料的成本；所得复合材料的可逆容量、循环性能得到提高、不可逆容量下降；由于Li₄Ti₅O₁₂分布在石墨的表面及孔隙中，可以使材料的振实密度得到提高，从而提高电池的体积比能量。

附图说明

图1是含量为0％、1％、5％和10％Li₄Ti₅O₁₂包覆的天然石墨扫描电镜图；

图2是含量为0％、1％、5％和10％Li₄Ti₅O₁₂包覆的天然石墨X射线衍射图；

图3是天然石墨和1％Li₄Ti₅O₁₂包覆的天然石墨装成扣式电池的首次充放电曲线图；

图4是天然石墨和1％Li₄Ti₅O₁₂包覆的天然石墨装成扣式电池的循环放电曲线图。