[发明专利]低温碳包覆型酸式钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池负极材料领域，尤其涉及一种低温碳包覆型酸式钛酸锂(H₂Ti₁₂O₂₅/C)的制备方法。

背景技术

在动力电池负极材料领域，钛酸锂被认为是最有发展前景的材料。由于钛酸锂的晶胞体积在充放电过程中几乎不发生变化，故有“零应变”材料之称。钛酸锂电池容量衰减很慢，寿命明显高于碳负极材料，此外，钛酸锂电池还可以进行平稳的、高倍率的充放电，性能非常优越。在钛酸锂电池刚刚问世的时候，就有专家认为其将给电动车行业带来革命性变革。但钛酸锂材料也存在着自身的缺陷—比容量较低，理论容量仅为175mAh/g，明显低于石墨负极的372mAh/g，影响了其在动力电池中的应用。

酸式钛酸锂(H₂Ti₁₂O₂₅)和钛酸锂材料(Li₄Ti₁₂O₂₅)相比具有类似的优点，同时比容量提高了20％以上，是动力型锂离子电池理想的负极材料，未来具有广阔的市场前景。但由于Ti-O键的存在会导致电解液中的碳酸酯溶剂分解，产生胀气，影响了其实际应用。

该材料常见的制备方法有两种：一是首先通过水热法制备得到Na₂Ti₃O₇，然后通过离子置换法得到H₂Ti₃O₇，最后通过一定温度下焙烧得到H₂Ti₁₂O₂₅；二是首先通过高温固相法制备得到Na₂Ti₃O₇，然后通过离子置换法得到H₂Ti₃O₇，最后通过一定温度下焙烧得到H₂Ti₁₂O₂₅。方法一的缺点是水热法对制备设备要求高，且产率很低；方法二的缺点是由固相法制备得到的Na₂Ti₃O₇粒度较大，一般粒径均超过1μm，影响了置换溶液的浸润，从而严重制约离子置换反应的速度和程度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低温碳包覆型酸式钛酸锂的制备方法，该方法既克服了固相法制得Na₂Ti₃O₇粒度大，又解决了利用酸式钛酸锂组装成电池易于胀气的问题。

为此，本发明的技术方案如下：

一种低温碳包覆型酸式钛酸锂的制备方法，包括以下步骤：

1)将二氧化钛与可溶性的锂盐或锂碱、钠盐和钾盐中的任意一种共同溶解在去离子水中，得到物料I；

其中，所述锂元素或钾元素或钠元素与钛元素的摩尔比为2.02～2.05:3；

2)将物料I加入高速混合机中混合均匀，然后进行喷雾干燥，得到物料II；

3)将所述物料II在800～900℃下进行一次焙烧，焙烧时间为8～24h，得到物料III；

4)将所述物料III进行球磨，得到粒度D₅₀≤0.15μm的浆料；

5)将所述浆料加入到0.4～0.8mol/L[H⁺]的酸溶液中，其中1g所述浆料加入到100～200ml所述酸溶液中，反应12～48h，得到离子置换溶液；

6)将所述离子置换溶液利用高速离心机洗涤分离，收集固体，得到物料IV；

7)将所述物料IV在260～280℃进行二次焙烧，焙烧时间为3～8h，得到物料V；

8)将所述物料V和占其质量10～20％的分解温度在220℃以下的有机碳混合均匀，得到物料VI；

9)将所述物料VI在260～280℃进行三次焙烧，焙烧时间为4～8h，即得到所述低温碳包覆型酸式钛酸锂。

进一步，步骤1)所述锂盐为碳酸锂、硝酸锂和醋酸锂中的任意一种；所述锂碱为氢氧化锂。

进一步，步骤1)所述钠盐为碳酸钠或氢氧化钠。

进一步，步骤1)所述钾盐为碳酸钾或氢氧化钾。

进一步，步骤4)所述酸溶液为盐酸或硫酸。

进一步，步骤7)所述分解温度在220℃以下的有机碳为柠檬酸和抗坏血酸。

本发明提供的低温碳包覆型酸式钛酸锂的制备方法具有如下优点：