[发明专利]一种碳包覆多孔钛酸锂粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

近年来，尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)作为新型储能电池的负极材料日益受到重视。这是因为Li₄Ti₅O₁₂在锂离子嵌入-脱嵌前后都为尖晶石结构，且晶格常数变化很小，体积变化很小(<1%)，所以Li₄Ti₅O₁₂被称为“零应变”负极材料。与商品化的碳负极材料相比，Li₄Ti₅O₁₂通常具有更好的电化学性能和安全性；与合金类负极材料相比，Li₄Ti₅O₁₂更容易制备，成本更低。但是，Li₄Ti₅O₁₂的固有电导率低，只能在低电流下工作才能发挥出材料的性能优势，这成为Li₄Ti₅O₁₂材料商品化的主要障碍之一。

国内外对Li₄Ti₅O₁₂材料进行了大量的改性研究来提高其导电性能，主要包括制备纳米粒径Li₄Ti₅O₁₂、制备多孔Li₄Ti₅O₁₂、碳包覆、金属离子掺杂等方式。碳包覆所采用的碳源主要包括天然石墨、复合碳、乙炔黑、葡萄糖、聚乙烯醇等。这些传统碳源碳化过程中往往需要破坏聚合物链并分解产生H₂O、CO₂等气体和小分子有机化合物，导致碳膜内部形成裂缝、气孔等缺陷。而离子液体具有极低的蒸汽压，大多数离子液体在较宽的温度范围内（400-1000℃）不发生气化，而是在温度达到一定程度时直接碳化。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳包覆多孔钛酸锂粉体的制备方法。

本发明是一种碳包覆多孔钛酸锂粉体的制备方法，其步骤为：

（1）二氧化钛胶体制备：将钛源配制成Ti⁴⁺浓度为0.1～1mol/L的溶液，采用质量浓度10%的氨水或尿素溶液作为沉淀剂，将Ti⁴⁺溶液与沉淀剂同时加入底液，用硝酸调pH=2.0，控制pH=2.0-7.0至TiO₂.nH₂O完全沉淀；沉淀经过滤、洗涤后分散在分散介质中，并按质量比为分散剂: TiO₂=0-1:10加入分散剂，采用质量浓度10%的稀硝酸或质量浓度20%氨水调节pH=3.0-9.0，再在30-100℃下搅拌，时间持续1-10h，得到固含量为5-30%的二氧化钛胶体；

（2）浆料制备：按照化学计量比Li_4-xM_xTi_5-yM′_yO₁₂ ，其中M、M′为掺杂离子，x=0.01-0.1，y=0.01-0.1，称取锂源、碳源和掺杂金属化合物，碳源的加入量为Li_4-xM_xTi_5-yM′_yO₁₂质量比5-15%；以上述二氧化钛胶体作为分散体系，加入锂源、碳源和掺杂金属化合物，搅拌形成均匀分散的胶态混合浆料；

（3）前驱体制备：采用喷雾干燥方式对浆料进行干燥，入口温度为110-250℃，空气或氮气气氛下干燥得到成分均匀、粒度分布均匀的钛酸锂球形前驱体；

（4）钛酸锂材料制备：将前驱体放入坩埚中，在惰性气氛保护中升温至600～1200℃，保温10-40 min 后自然冷却，得到碳包覆的球形多孔钛酸锂粉体。

本发明的有益之处是：以二氧化钛胶体作为分散体系、离子液体作为碳源，利用离子液体的吸波特性对钛酸锂前驱体进行加热，同时离子液体裂解产物在钛酸锂表面形成碳包覆，得到具有良好的电化学性能的碳包覆多孔球形钛酸锂粉体。

 附图说明

图1为本发明制备碳包覆多孔钛酸锂粉体的工艺流程图，图2为本发明实施例3制备的碳包覆多孔钛酸锂的扫描电镜图，图3为本发明实施例3制备的碳包覆多孔钛酸锂的放电比容量曲线图。