[发明专利]一种用于锂离子电池负极的球形钛酸锂-石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池负极的球形钛酸锂-石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的飞速发展，不可再生能源的消耗日益加剧，能源危机迫使我们开发新的可再生清洁能源，以电池为主的储能器件己成为能源工作者的关注焦点。锂离子电池作为新一代的二次电池，具有以下优点：能量密度高、循环寿命长、快速充放电、环境友好性等。由于具有上述优点，锂离子电池己广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备中，并逐渐向动力电池扩张，电动汽车、混合动力汽车和航空航天设备等将进一步推动锂离子电池的发展，而锂离子电池关键电极材料是电池性能的最终决定性因素。

与目前锂离子电池中主要采用的碳负极材料相比，钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为电极材料在脱嵌锂时体积变化非常小，能够保持高度的稳定性，被称为零应变材料，具有优良的循环性能和平稳的放电电压。其次，Li₄Ti₅O₁₂负极材料具有较高的电极电位，能够在大多数液体电解质的稳定电压区间中使用，从而避免了电解液分解现象。Li₄Ti₅O₁₂的电势比纯金属锂的电势高，不易产生锂枝晶，使得电池具有高的安全性能。Li₄Ti₅O₁₂还具有原材料丰富、成本低廉、无污染、容易制备等优点，具有良好的应用前景。但是，钛酸锂在室温下离子传导率低，导电性能较差，导致材料的倍率性能低，限制了其在实际中的应用。为了增强钛酸锂的导电性，可以采用表面包覆、细化晶粒以及体相掺杂等方法对其进行改性。CN104852035A公开了一种氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法，包括以下步骤：(1)将铝盐、钛酸锂、第一醇类溶剂和分散剂混合反应，真空干燥，得到铝盐包覆的钛酸锂前驱体。(2)将铝盐包覆的钛酸锂前驱体烧结冷却，得到制备的氧化铝包覆的钛酸锂。所制备的材料降低了钛酸锂的吸水性，并降低了Ti-O键对电解液的分解作用，使得其在过电位的情况下也不会与电解液反应，从而改善了钛酸锂电池的胀气问题。CN104953107A公开了一种高振实密度钛酸锂负极材料的制备方法，该方法按一定的比例称取锂源和钛源，以去离子水为介质，搅拌均匀后经喷雾干燥，再经过高温烧结、湿法球磨、二次喷雾干燥和二次高温烧结和筛分制得。该方法制备的钛酸锂颗粒为球形，具有结构结实，分散性好的特点。CN104733720A公开了一种改性钛酸锂负极材料的制备方法，包括以下工艺步骤：(1)钛酸锂的制备；(2)将钛酸锂、环氧树脂、纳米二氧化硅混合成均匀浆体；(3通过喷雾干燥得到钛酸锂粉体；(4)将上一步得到的粉体在惰性气体保护下，经过高温处理得到改性钛酸锂负极材料。但是上述现有技术普遍存在的缺点是：制备出的钛酸锂电极材料的电导率依然偏低，倍率性能不佳。因此，开发性能更加优异的钛酸锂电极材料成为人们关注的焦点。石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元，具有高的导电率、比表面积、结构弹性和化学稳定性的特点，受到科研人员的关注。

发明内容

本发明针对现有技术存在的钛酸锂负极材料导电率低，以及用其制备出的锂离子电池倍率性能不佳的缺点，提出了一种易操作的可用于制备锂离子电池负极的钛酸锂-石墨烯复合材料的方法。该方法通过喷雾干燥制得球形的钛酸锂颗粒，并加入了石墨烯，形成钛酸锂-石墨烯复合结构。石墨烯片层作为高导电性的导电基底，使钛酸锂颗粒较好分散，进而使得钛酸锂电极材料的导电性得到提高。石墨烯还可以有效阻止活性材料在充放电过程中发生体积膨胀和颗粒的聚集。

本发明的技术方案如下：

一种用于锂离子电池负极的球形钛酸锂-石墨烯复合材料的制作方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：将Li₂CO₃和TiO₂加入到聚羧酸胺盐溶液中，得到混合浆料；

其中，质量比为Li₂CO₃与TiO₂质量之和：聚羧酸胺盐溶液＝1：1.5～4；摩尔比Li：Ti＝0.8～0.87：1；所述的聚羧酸胺盐溶液的浓度为2～5wt％；

步骤二：将步骤一所得混合浆料进行4～8h的球磨；

其中，球磨中所用小球为3～6mm的氧化锆球，球磨机转速为400～1500r/min；