[发明专利]一种锂电池改性钛酸锂负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种锂电池改性钛酸锂负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是1990年日本SONY公司研制出并开始实现商品化的一种高效储能产品，与其他电池相比，锂离子电池的优点在于开路电压高，市售电池多为3.6V，而镍氢和镍镉二次电池的开路电压为1.2V；比容量大，是镍镉二次电池的2.5倍，是镍氢二次电池的1.5倍；自放电率低，小于8％/月，远低于镍镉电池的30％/月和镍氢电池的40％/月；寿命长，通常都可以达到千次以上，而且没有记忆效应。

随着锂离子电池的发展，其应用领域逐步扩展到动力电池，储能电池等领域，其电极材料的种类和性能也有了很大的发展。在锂离子电池负极材料中，钛酸锂材料具有非常优异的稳定性和极好的安全性，从而在电动公交等领域有了很大的发展及应用。

对于钛酸锂来说，目前的主要问题在于低的电导率，导致其倍率性能差，或者说快充快放下的容量偏低。目前解决这一问题的主要方法是纳米化减小扩散距离，掺杂改善其本征电导率以及表面碳包覆改善其表面电导率。其中纳米化会影响到材料的加工性能，振实密度比较小，掺杂对材料的电导率改善相对有限，而且很多时候会减小材料的容量。碳包覆对材料的容量影响较小，对性能的提高比较明显，但是普通碳包覆需要在惰性气氛下进行，而且烧结温度较高才能有明显效果，操作复杂成本高，不利于钛酸锂的商品化。

石墨烯是单层碳原子构成的具有二维结构的新型碳材料，具有良好的电子导电性和超高的机械性能，钛酸锂与石墨烯的复合也是钛酸锂电极材料的开发热点。但是石墨烯存在容易团聚的问题，如何获得稳定均匀的钛酸锂/石墨烯复合材料是一个技术难点。

因此，提供一种能提高锂离子电池负极材料钛酸锂电导率，成本低、可推广使用的改性制备方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种倍率特性好，制备简单、成本低的锂电池改性钛酸锂负极材料的制备方法，旨在解决钛酸锂电导率低的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种锂电池改性钛酸锂负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按照n(Li)：n(Ti)＝0.84～0.87的比例称取锂盐、二氧化钛，用球磨机将两者进行球磨混合4～10小时，然后将混合均匀的粉体在空气中，以5～10℃/min的速度升温至700～850℃，再保温4～6h，然后自然冷却至室温，得到钛酸锂负极材料；改性添加剂为过渡金属氧化物及石墨烯，将过渡金属氧化物及石墨烯分别分散到水或有机溶剂中通过液相复合，得到改性添加剂前驱液；

(2)在搅拌条件下，将钛酸锂负极材料与所述改性添加剂前驱液混合，并适时加入氨水调节PH值，改变钛酸锂表面性质；

(3)将步骤(2)得到的所述混合物在80～150℃下烘干，得到粗品；

(4)将步骤(3)得到的所述粗品经过200～500℃高温焙烧0.5～3h，再通过研磨得到锂电池改性钛酸锂负极材料。

进一步，步骤(1)中所述的负极材料还包括钛酸锂衍生产物(掺杂钛酸锂)。

进一步，步骤(1)中所述的过渡金属氧化物为Li₂CrO₄、CrO₃、Sb₂O₅、V₂O₅、Cr₂O₃、CuO等在钛酸锂充放电区间具有电化学活性的高价金属化合物粉体或溶液，或者为金属的可溶性盐或者可溶性氧化物，如硝酸铬溶液、醋酸盐溶液、碳酸盐溶液与草酸盐溶液。

进一步，步骤(1)中所述的石墨烯为还原的氧化石墨烯。

进一步，步骤(2)中所述的钛酸锂负极材料与所述过渡金属氧化物及石墨烯前驱体的质量比满足如下条件：所述过渡金属氧化物及石墨烯前驱体的质量占改性钛酸锂总质量的1.0～15％。

进一步，步骤(2)中所述的混合溶液PH值为碱性，并根据金属离子的不同来调节，保证金属离子的充分溶解，金属盐溶液的质量浓度优选为1～5％，最优选为2～3％。

进一步，步骤(3)中所述混合物通过过滤或离心等方式得到所述粗品。

进一步，步骤(4)中所述制备方法中干燥使用的设备为本领域人员熟知的干燥设备，例如红外烘箱，鼓风烘箱等，焙烧优选使用马弗炉。

有益效果：