[发明专利]一种锂离子电池用多级结构钛酸盐负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用多级结构钛酸盐负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。该方法具体步骤是：将钠源和钛源分散在乙二醇和无水乙醇的混合溶液中，即为溶液A；将钡源溶于无水乙醇的水溶液，即为溶液B。将A和B混合搅拌，升温待液体蒸干后将前驱体放于马弗炉中在预烧，球磨，再焙烧，即得BaNa₂Ti₆O₁₄材料；将该材料分散到丙酮溶液中，加入碳纳米管，搅拌升温至溶液挥发完全，得到BaNa₂Ti₆O₁₄‑CNT；随后将其与碳纤维混合球磨，在氮气下烧结，得目标产物。本发明获得的钛酸盐负极材料具有稳定的多级复合结构，因而具有可观的宽电位窗口可逆容量、优异的倍率性能和稳定的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池的钛酸盐负极材料，尤其是涉及一种具有多级结构的钛酸盐负极材料的制备方法。

背景技术

传统的化石能源正面临短缺甚至枯竭的危机，并给环保带来巨大压力，循环经济、低碳经济的新型工业化发展方向将推动新能源汽车产业的快速发展。锂离子动力电池作为新一代环保、高能电池，已成为目前新能源汽车用动力电池主流产品。虽然锂离子电池的保护电路已经比较成熟，但对于动力电池而言，要真正保证安全，负极材料的选择十分关键。目前商用锂离子电池的负极材料大多为嵌锂型碳材料，而碳材料的氧化还原电位接近金属锂，当电池过充电时，金属锂可能在碳负极表面产生枝晶，从而刺穿隔膜导致电池短路和热失控。钛酸盐基材料具有较高的嵌锂电位可以有效避免金属锂的析出，且在高温下具有一定的吸氧功能，因而具有明显的安全性特征，被认为是代替碳材料作为锂离子电池负极材料的理想选择。其中Li₄Ti₅O₁₂是成功商业化的钛系负极材料，其最大的优点在于脱/嵌锂过程中体积基本无变化，循环性能好，在充放电过程中不易形成锂枝晶，安全性高。但是，相对较低的锂离子扩散速率、低的导电性及较低的理论容量都制约了Li₄Ti₅O₁₂更为广泛的应用；另外，相对较高的电压平台(1.55V vs.Li⁺/Li)，明显降低了Li₄Ti₅O₁₂作为负极的全电池电压，进而降低了全电池的能量密度。因此，很有必要开发可靠的电位平台较低的新型钛酸盐负极材料。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有多级结构BaNa₂Ti₆O₁₄负极材料的制备方法，该合成方法通过先构建一种BaNa₂Ti₆O₁₄和碳纳米管的复合材料，然后与碳纤维进行再次复合，从而获得一种结构稳定、致密的复合材料，以期所得到的BaNa₂Ti₆O₁₄负极材料的电子电导率高，能有效改善BaNa₂Ti₆O₁₄负极材料的储锂性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种锂离子电池用多级结构BaNa₂Ti₆O₁₄负极材料的制备方法，包括以下步骤：