[发明专利]利用偏钛酸制备锂离子电池负极材料碳包覆钛酸锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及负极活性材料钛酸锂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自1991年商业化以来已经广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等各种便携式电器。近年来，随着混合动力汽车及纯电动汽车的迅猛发展，人们对作为动力电源的锂离子电池的容量、循环寿命以及安全性提出了更高要求。目前，商业化锂离子电池的负极活性材料是采用各种石墨类炭材料，但石墨负极在大电流充放电条件下容易析出锂枝晶，因而存在安全隐患。与石墨类负极材料相比，尖晶石结构的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料具有循环寿命更长和安全性更高的优点，因而引起了人们极大的关注和重视。Li₄Ti₅O₁₂的循环次数可达一万次以上，是已知的锂离子电池各种电极材料中循环寿命最长的材料，因而非常适合应用于智能电网中的储能电池以及长寿命的电动汽车用动力电池。此外，Li₄Ti₅O₁₂在现有电解液中是热力学稳定的，不会形成固态电解质膜，因此安全性极高。然而，Li₄Ti₅O₁₂的导电性差，其电子电导率只有10^?13 S cm^-1，因此导致了Li₄Ti₅O₁₂低的容量和较差的倍率充放电性能。研究表明，将Li₄Ti₅O₁₂纳米化，并对其进行碳包覆，利用电导率高的碳包覆层来提高材料的导电性能，使得碳包覆的Li₄Ti₅O₁₂/C材料的循环寿命和倍率性能得到了很大提高。2010年日本东芝公司成功地推出了商业化钛酸锂作负极的SCiB锂离子电池，并小批量应用在混合动力汽车上。但是，与石墨类负极材料相比，Li₄Ti₅O₁₂/C材料成本高昂，这在一定程度上阻碍了Li₄Ti₅O₁₂/C材料的商业化推广和应用。Li₄Ti₅O₁₂/C材料成本高昂的主要原因在于制备Li₄Ti₅O₁₂的原料采用纳米级TiO₂作为钛源。目前国际市场上电池级纳米TiO₂的价格大约在20~30 美元/公斤，因而导致了钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂的价格居高不下。为了在保持Li₄Ti₅O₁₂优良性能的前提下降低其价格，探寻价格低廉的新型钛源来替代纳米TiO₂是一条有效的途径。