[发明专利]锂离子电池负极复合材料Li4Ti5O12/AB/CNT的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池相对其它可充电池设备容量密度和能量密度较高，被公认将成为纯电动车(EV)和混合电动车(HEV)动力电池，对于发展下一代EV和HEV，锂离子电池承担着重要的任务，但锂离子电池自身还存在一些技术瓶颈，这些技术包括成本高、寿命有限(-20～-30℃)性能不好，最主要电池本身在大电流充放电存在安全性问题，使其在汽车工业广泛应用还受到限制。安全性主要源自锂离子电池以石墨为主负极材料。所以探究新型环保的负极材料成为近几年研究的热点，其中Li₄Ti₅O₂是近几年来研究较多的优秀的锂离子电池负极材料之一，在Li⁺嵌入和脱出的过程中，其晶型不发生改变，被称为“零应变材料”；离子扩散系数为2×10^-8cm².s^-1，比通常碳负极材料高一个数量级，因而具有很好的循环性能；Li₄Ti₅O₁₂提供了一个非常稳定的工作电压(1.5V vs.Li⁺/Li)，工作电压偏离金属锂的析出电位，能够避免电解液分解现象或保护膜的生成，首次效率、安全性和可靠性得以大大改善，故可用于动力电源。现有的制备负极材料Li₄Ti₅O₁₂的方法一般采用固相法，即将TiO₂和Li₂CO₃球磨混匀，高温加热得到Li₄Ti₅O₁₂，在后续和膏制备浆料的过程中，为了使物料混合均匀，需要长时间搅拌，一般需要搅拌8～10h，能耗较大，而且所制得的电极，在10C倍率以上不具有很好的电压平台，在20C倍率下，比容量只保持在60mAhg^-1。

发明内容

本发明要解决现有方法制备的锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₂电化学性能较差、制备工艺较复杂的问题，而提供锂离子电池负极复合材料Li₄Ti₅O₁₂/AB/CNT的制备方法。

本发明锂离子电池负极复合材料Li₄Ti₅O₁₂/AB/CNT的制备方法按以下步骤进行：

一、按锂元素和钛元素的物质的量之比为(4～5)∶5的比例称取锂源与钛源，混合后转移至球磨机中，其中锂源是氢氧化锂、醋酸锂、碳酸锂和氧化锂中的一种或者几种混合；钛源是金红石、锐钛矿或无定形的二氧化钛；

二、称取乙炔黑和碳纳米管，将乙炔黑和碳纳米管转移到装有丙酮的烧杯中，超声混合后，将烧杯中的混合液加入到步骤一的球磨机中，以100～600r/min的速度，球磨2～24h，得到混合物；其中乙炔黑的质量是步骤一中称取的二氧化钛质量的1～6％，碳纳米管的质量是步骤一中称取的二氧化钛质量的0.5～4％；丙酮的体积是球磨机中二氧化钛、碳酸锂、乙炔黑和碳纳米管的总体积的1～4倍；

三、将步骤二得到的混合物在40～85℃的条件下真空干燥4～12h，然后将干燥后得到的固体粉末转移到管式炉中，在温度为600～850℃的条件下反应6～12h，得到锂离子电池负极复合材料Li₄Ti₅O₁₂/AB/CNT。