[发明专利]一种含钯锂离子二次电池负极复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种含钯锂离子二次电池负极复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子和信息产业的迅猛发展，对高能二次电池提出了迫切要求。锂离子二次电池具有重量轻、容量高、寿命长、工作电压较高、设计灵活以及环境友好等优点成为全世界范围内的研究热点。目前锂离子用负极材料正朝着高比容量、大倍率、高循环性能和高安全性能的动力型电池材料发展。尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为一种新型的锂电池负极材料，与传统的碳负极材料相比，可以从根本上解决锂枝晶引起的短路问题，避免了过充电，提高了电池的安全性。另外，Li₄Ti₅O₁₂的晶胞结构在锂离子脱嵌过程中几乎不发生变化，体积变化很小(<1%)，循环和放电性能优异。因此，Li₄Ti₅O₁₂是未来可替代碳负极材料的具有巨大应用前景的负极材料。

由于Li₄Ti₅O₁₂是一种绝缘材料，电导率低，限制了其高倍率性能，通过掺杂改性可以改善其快速充放电性能。目前通过掺杂来改善Li₄Ti₅O₁₂性能的方法研究还比较少，制备工艺复杂、复合材料颗粒不均匀、材料的形貌和粒径大小不可控等因素，影响复合材料的综合性能。有报道提出一种含钽的锂离子二次电池Li₄Ti₅O₁₂负极材料的制备方法，其循环性能较差。专利(CN102044665 A)报道了通过溶胶凝胶法制备含钇的锂离子二次电池钛酸锂负极复合材料，但其制备过程较为复杂，消耗时间过长。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种改善锂离子电池负极材料的电子电导率、提高倍率充放电性能和循环性能的方法，具体涉及一种含钯锂离子二次电池负极复合材料的制备方法。

本发明提供的一种含钯锂离子二次电池负极复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锂源、二氧化钛和纳米碳材料以球料质量比为50:1的比例放入球磨罐中，球磨2～3h，其中锂源与二氧化钛的n_Li:n_Ti为5:4，纳米碳材料为锂源和二氧化钛质量和的3～16.4%；

(2)将步骤(1)中球磨后的物料取出，并放入坩埚中，压紧，置于氩气为保护气的管式炉中，升温至600～900℃后，自然冷却至室温，便得到碳掺杂钛酸锂；

(3)将步骤(2)中得到的碳掺杂钛酸锂置于PdCl₂、NaI、PVP和水组成的配比溶液中进行水热处理，反应温度为150～200℃，水热处理时间为1～2h，然后分别用乙醇和去离子水清洗，便得到Li₄Ti₅O₁₂-C-Pd复合材料。

所述的步骤(1)中的锂源为碳酸锂或醋酸锂中的一种。

所述的步骤(1)中的纳米碳材料为天然石墨、人造石墨、纳米碳管、纳米碳微球中的一种或任意组合。

所述的步骤(1)中的球磨介质为酒精、丙酮或乙醚中的一种。

所述的步骤(3)中的水热处理过程中，碳掺杂钛酸锂与配比溶液中的PdCl₂、NaI、PVP和水的质量比为30～80:5～9:100～400:400～800:10～20。

本发明通过如下原理实现：首先制备得到纳米碳掺杂的纳米Li₄Ti₅O₁₂，制备过程中纳米碳可作为还原剂促进锂的扩散使其反应更完全，同时增加了颗粒之间的结合力，抑制干扰离子的生长，提高材料的性能；然后利用简单的水热法在纳米碳掺杂的钛酸锂表面均匀包覆钯(Pd)量子点，从而构成含钯锂离子电池复合材料(Li₄Ti₅O₁₂-C-Pd)纳微米两级三维导电网络结构，改善钛酸锂的导电性能，提高其倍率特性。所述的含钯锂离子电池钛酸锂复合材料的粒径为0.9～1.3μm，包覆的钯量子点粒径为2.5～5nm。

本发明的优势在于：