[发明专利]一种复合钛酸锂材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合钛酸锂材料的制备方法，具体的讲是公开了一种含锆掺杂和碳包覆的锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法。通过改性添加剂的作用达到一次完成掺杂和包覆的双重效果，方法简单易于工业化生产。所制得的产品具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及锂离子二次电池负极材料钛酸锂的制备方法，特别是一种金属元素掺杂和碳包覆的锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、无记忆效应等优点，有望成为电动汽车的主要动力来源之一。由于石墨对锂电位仅为0.2V左右，容易导致锂在其表面的析出，造成安全性问题。而钛酸锂具有充放电过程中骨架结构几乎不发生变化的“零应变”特性,嵌锂电位高(1.55V vs.Li/Li⁺)而不易引起金属锂析出，库仑效率高，锂离子扩散系数(为2×10^-8cm²/s)比碳负极高一个数量级等优良特性,具备了下一代锂离子蓄电池必需的充电次数更高、充电过程更快、更安全的特性。因此，钛酸锂在电动车、储能领域有着广泛的应用前景，具有巨大的潜在经济效益。

但Li₄Ti₅O₁₂材料的可逆比容量较小(约170mAh/g)，无法满足高能锂离子电池在负极比容量方面的要求。另外Li₄Ti₅O₁₂的固有电导率低(～10^-9S/cm)，只能在低电流下工作才能发挥出材料的性能优势，在大电流下放电容量损失较大。所以提高Li₄Ti₅O₁₂的导电率是Li₄Ti₅O₁₂材料商业化应用的关键。

围绕提高钛酸锂材料的导电率，目前国内外进行了大量的研究，主要是一次颗粒纳米化、碳包覆、离子掺杂等。其中，一次颗粒纳米化最为重要。因此常采用纳米二氧化钛或有机钛化合物为钛源，其次是掺杂和包覆。通常采取的掺杂方式是在过渡金属Ti位或O位掺杂金属阳离子或1价阴离子，包括Li⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Ga³⁺、Zn²⁺、Co³⁺、Ta⁵⁺、Cr³⁺、、Ni³⁺、Zr⁴⁺、Mn³⁺、F^-等，但是金属离子掺杂降低了放电容量。而通常采用的包覆剂为导电碳，碳源主要包括：糖类、石墨、聚合物、炭黑、活性炭、碳纳米管、碳纤维等。

目前公知的掺杂包覆钛酸锂材料制备方法主要有；CN102122710A公开了一种Zr掺杂钛酸锂电极材料制备方法，该方法是由含锂化合物、锐钛矿二氧化钛以及Zr的化合物为原料，通过固相合成方法制备得到；又如CN10194455 90A公开了一种碳包覆钛酸锂的制备方法，该方法通过长链型脂肪羧酸与钛酸锂表面配位，在非氧化性气体的保护下形成均匀的碳包覆层。但这些相关技术都没有一次性达到既掺杂又包覆的效果，且这些方法虽然改善了循环寿命、倍率特性等，但同时降低了放电容量和首次充放电效率等。

因此需要一种简单的，可一次性达到掺杂包覆目的的方法来制备钛酸锂材料。

发明内容

本发明旨在提高钛酸锂材料的电子导电率和大电流下的倍率性能，并且易于制备、成本低廉、环保无污染，适用于工业化生产的一种掺杂包覆改性钛酸锂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：一种钴酸锂材料的制备方法主要包括以下步骤，

充分混合无机锂盐、二氧化钛、掺杂改性剂和分散剂，高能球磨机球磨分散0.5～20h，得均匀混合的前驱体浆料；