[发明专利]改性锂离子动力电池用钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池电极材料及其制备方法，特别是一种改性锂离子动力电池用钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。近来，尖晶石型钛酸锂作为一种新型的负极材料，具有“零应变”，循环性能好等优点，逐渐成为锂离子动力电池负极材料的研究热点。与传统的碳负极材料相比，“零应变”材料—钛酸锂相对于金属锂的电位为1.55V，远高于多数电解液的还原电压，可避免电解液的还原和钝化膜的生成，同时可阻止金属锂的生成，具有非常优异的循环性能和安全性能。因此，钛酸锂材料可作为锂离子电池的负极材料，受到广大研究者的广泛专注。由于钛酸锂是一种绝缘材料，其导电性差，在大电流充放电时容量衰减快、倍率性能较差。因此，需要通过对其改性提高其电子电导率，从而提高其倍率性能，同时还要保持其良好的循环性能。

钛酸锂的制备方法一般有传统的高温固相法、溶胶-凝胶法等，传统的高温固相法是以TiO₂与Li₂CO₃或者LiOH等，在800℃~1000℃烧结3h~24h，随炉温冷却后得到理想的尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂，该方法优点是工艺简单，容易大规模生产，缺点是产物的颗粒较粗大，一般是微米级。溶胶凝胶法一般是采用锂和钛的有机醇盐为前驱体，经过水解和凝胶等工艺制备出目标产物，该方法产物的纯度高，均匀性好，颗粒较细，但是采用有机化合物造成成本较高，操作复杂，不适合大规模的生产。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术制备的钛酸锂负极材料高倍率下放电性能差的缺陷，提供一种改性锂离子动力电池用钛酸锂负极材料。

本发明的目的之二在于提供该材料的制备方法。

一种改性锂离子动力电池用钛酸锂负极材料，其特征在于该材料的化学式为：Li_xM_pTi_yO_z

其中，0＜x≤8，0＜p＜5，0＜y≤6，1≤z≤12，1/2≤x：y≤2；M为Ta、Zr、Al、Cr、V、Mn、Ru或Co。

一种制备上述的改性锂离子动力电池用钛酸锂负极材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将Li的可溶性化合物、二氧化钛和过渡金属M的化合物，加入到球磨罐中，再加入有机小分子碳源前驱体混合；在均匀的介质中球磨，烘干，得到烘干的粉末； 

b.将步骤a所得烘干的粉末在空气或惰性气氛下，在300℃~550℃条件下保温2~20小时，得到烧结前驱体；

c.将步骤b所得的烧结前驱体和有机大分子聚合物碳源前驱体进行混合，在均匀的介质中球磨，烘干，在空气或惰性气氛下，600℃~900℃条件下保温2~30h，得到成品钛酸锂粉体；其中；

所述的有机高分子聚合物碳源前驱体与所述的有机小分子碳源前驱体的含碳质量比为1~8：1。

上述的Li的可溶性化合物为碳酸锂、硝酸锂、草酸锂、醋酸锂、柠檬酸锂、甲酸锂、乳酸锂、氯化锂或异丙醇锂中的至少一种。

上述的二氧化钛为锐钛矿型。

上述的过渡金属M的化合物为氧化物或盐类。

上述的过渡金属M的盐类为碳酸盐、硝酸盐、醋酸盐和氯化物中的至少一种。

上述的有机小分子碳源前驱体为葡萄糖、尿素、蔗糖、草酸、柠檬酸、葡萄糖酸、酒石酸、月桂酸、乙二胺四乙酸中的至少一种。

上述的有机大分子聚合物碳源前驱体为聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚乙二醇、可溶性淀粉、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲脂中的至少一种。

上述的球磨介质是水、乙醇、丙酮、乙醚中的至少一种；所述的烘干温度为60℃~200℃。

上述的有机小分子碳源前驱体的分子量为60-800；所述的有机大分子聚合物碳源前驱体的分子量为10000~300000。

上述的上述步骤b中采用的烧结温度为300~550℃，保温时间为2~20小时，自然降温，烧结的升温速率控制为100~200℃/小时；步骤c中采用的烧结温度为600℃~900℃，保温时间为2~30小时，烧结的升温速率控制为100~300℃/小时。