[发明专利]一种碳改性钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳改性钛酸锂的制备方法，属于一种锂离子电池 负极材料的制备方法。

背景技术

尖晶石钛酸锂材料在锂插入脱出过程中，晶格常数变化小于1％， 具有“零应变”的特点，而且其嵌锂电位较高为1.55V(vs Li/Li⁺)， 不会析出金属锂，而且高于一般电解液的还原电位，不形成SEI膜， 因此具有循环性能好、安全性能高的优点。但是钛酸锂为白色绝缘体， 本征导电性能差，因此需要对其进行改性，提高其倍率性能。

目前的主要改性方法有：(1)减小颗粒尺寸，使钛酸锂颗粒纳米 化，缩短锂离子的扩散距离；(2)阳离子和阴离子掺杂，引入自由电 子或电子空穴，提高材料的电子导电能力；(3)引入高导电相碳、银、 铜等。

中国专利公开了一种“复合钛酸锂电极材料及其制备方法”(专 利号：ZL200610063612.0)，包括以下步骤：一、按比例将27.5-24.75 wt％无机锂盐、72.5-65.25wt％二氧化钛、1-10wt％的纳米碳包覆材料 或大于0-10wt％掺杂改性剂，用高速搅拌或球磨分散2至40小时制 得复合钛酸锂前驱体混合物；二、将上述混合物分散于有机溶剂乙醇 或丙酮中，采用瞬态干燥方法制得分散粉体；三、将分散粉体在500 至950℃的温度范围内热处理4至40小时；四、自然冷却至150℃以 下，进行粉碎和筛分。

上述制备方法的缺点是使用了有机溶剂，使生产成本增加、工艺 复杂，存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供能够改善钛酸锂材料的循环 性能和倍率性能，并且易于制备、成本低廉、环保无污染，适用于工 业化生产的一种碳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：

本发明包括以下步骤：

(1)按重量份数比称取下述各原料：

锐钛型二氧化钛：100

碳酸锂：        35-45

包覆用有机碳源：0.1-10

掺杂用无机碳源：0.1-12.8；

上述包覆用有机碳源和掺杂用无机碳源的重量份数比是按所含 碳计算的；

(2)将上述第(1)步称取的各原料混合均匀粉碎后，在氮气保 护下，进行第1次煅烧，煅烧温度为550-650℃，煅烧时间为2-20 小时，得到预烧产物；

(3)将上述预烧产物机械混合粉碎后，在氮气保护下，再进行 第2次高温煅烧，煅烧温度为700-900℃，煅烧时间为2-30小时， 将煅烧后所得产物机械粉碎后过200目筛得到碳改性的钛酸锂。

所述包覆用有机碳源为蔗糖或葡萄糖。

所述掺杂用无机碳源为导电石墨、碳纳米管、乙炔黑中的一种或 两种。

本发明采用两步高温煅烧，而且煅烧前后都进行机械混合粉碎， 保证了制备材料的均一性和高性能。

本发明不添加水、乙二醇和酒精等溶剂，为纯固相合成。

本发明制备的碳改性钛酸锂材料，作为锂离子电池的负极，以锰 酸锂材料作为正极组装成圆柱形14500电池，采用锰酸锂过量，按照 碳改性钛酸锂计，其首次充电比容量＞165mAh/g，放电比容量＞150 mAh/g，循环性能优异，而且其10C倍率放电比容量大于120mAh/g， 远高于纯钛酸锂对照品的70mAh/g左右，倍率性能得到很大改善。 其振实密度为0.8-1.5g/cm³，比表面积为0.1-10m²/g，压实密度为 1.8-2.5g/cm³，粘接性能良好，适合大规模生产应用。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明制备的碳改性钛酸锂兼具有机碳源包覆和导电石墨 等无机碳源掺杂的双重协同改性，而且是同时进行。

(2)本发明制备的碳改性钛酸锂循环性能优异。

(3)本发明制备的碳改性钛酸锂倍率性能良好。

(4)本发明制备过程无乙醇等有机溶剂和水，环保无污染，产 率高，工艺简单，特别适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的碳改性钛酸锂和纯钛酸锂对照品 的SEM图。

图2为本发明实施例1所制备的碳改性钛酸锂和纯钛酸锂对照品 的XRD图。