[发明专利]一种改进锂离子电池电化学性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种利用十六烷基三甲基溴化铵改进锂离子电池电化学性能的方法。

背景技术

作为锂离子电池负极材料的各种二元氧化物，如二氧化钛，二氧化锡，三氧化二铁等尽管比商业化的碳材料具有更出色的循环稳定性能和速率性能，然而该类材料一个非常明显的缺点是这些材料往往自身导电性比较差，目前，国内外采用的主要方法包括在氧化物表面涂碳，对氧化物进行掺杂或将氧化物与导电的碳纳米管或还原石墨烯等形成复合结构才能有效发挥其优良的电化学性能。这些工艺一方面难以形成理想的包覆结构，如涂碳工艺；另一方面，这些工艺往往比较复杂而且存在成本过高。十六烷基三甲基溴化铵作为一种常用的阳离子表面活性剂已在很多领域得到广泛应用，但是利用十六烷基三甲基溴化铵直接来改进锂离子电池的电化学性能的方法还未见报道。本发明关键是利用了十六烷基三甲基溴化铵在低温下热分解后残留的碳包覆在二氧化钛纳米晶表面形成导电层。技术的关键在于将二氧化钛纳米晶泡在十六烷基三甲基溴化铵的乙醇溶液里面，使二氧化钛纳米晶表面和溶液充分接触。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题提供一种改进锂离子电池电化学性能的方法，该方法使用十六烷基三甲基溴化铵改进锂离子电池负极材料，显著的提高了其电化学性能。

具体步骤为：

（1）将0.5-4克的二氧化钛的纳米晶加入到20-200毫升体积比为1-2:4-8醋酸和无水乙醇的混合溶液中，充分搅拌制得浆料，并于50-100度干燥1-3小时得到待沉积的负极材料。

（2）将步骤（1）所得待沉积的负极材料浸入浓度为0.5-2毫摩尔/升的十六烷基三甲基溴化铵的无水乙醇溶液中，浸泡时间为1-10小时，得到表面生长了薄层十六烷基三甲基溴化铵的核壳结构的负极材料。

（3）将步骤（2）所得核壳结构的负极材料在马弗炉中400-500度下热处理3-5小时后，冷却备用。

（4）按质量比称取90%步骤（3）所得核壳结构的负极材料和10%聚偏四氟乙烯，置于小烧杯中混合搅拌4-8小时，获得混合均匀的电极浆料；将浆料均匀涂布于铝箔上，并在60-80度烘箱中烘干，干燥后的极片经压片、冲切，制成直径为14毫米圆片，将电极片在 120度下真空干燥12小时。

（5）将步骤（4）干燥好的电极片立即转移到充满氩气保护气氛的手套箱中装配电池，金属锂片作为对电极，电解液为1摩尔/升LiPF₆/碳酸乙烯酯(EC):碳酸二甲酯(DMC)(体积比为1:1)，采用聚丙烯隔膜，做成CR2016型扣式电池,为防止扣式电池内部接触不良，加入发泡镍片作为填充物。

所述醋酸、聚偏四氟乙烯、碳酸二甲酯和碳酸二甲酯均为分析纯。

本发明制备方法简单，通过使用十六烷基三甲基溴化铵改进锂离子电池核负极材料，显著的提高了其循环稳定性能和速率性能。测试结果表明：在电流密度为800毫安/克下，经过100次循环充放电后，经过十六烷基三甲基溴化铵处理过的负极材料容量由未处理过的92毫安时/克上升到113毫安时/克。

附图说明：

图1为本发明实施例1的锂离子电池负极材料浸泡十六烷基三甲基溴化铵前后二氧化钛纳米晶的X射线衍射对比图。

图2为本发明实施例1的锂离子电池负极材料浸泡十六烷基三甲基溴化铵后二氧化钛纳米晶的场发射扫描电镜图。

图3为本发明实施例1的锂离子电池负极材料浸泡十六烷基三甲基溴化铵后二氧化钛纳米晶的高分辨率电镜图。

图4为本发明实施例1的锂离子电池在电流密度为800毫安/克时的容量图。

具体实施方式

实施例1：

（1）将1克的二氧化钛的纳米晶加入到10毫升醋酸的40毫升无水乙醇的混合溶液中，充分搅拌制得浆料，并于80度干燥2小时得到待沉积的负极材料。

（2）将步骤（1）待沉积的负极材料浸入浓度为0.5毫摩尔/升的十六烷基三甲基溴化铵的无水乙醇溶液中，浸泡时间为5小时，得到表面生长了薄层十六烷基三甲基溴化铵的核壳结构的负极材料。

（3）将步骤（2）所得核壳结构的负极材料在马弗炉中400度下热处理5小时后，冷却备用。

（4）按质量比称取90%步骤（3）所得核壳结构的负极材料和10%聚偏四氟乙烯，置于小烧杯中混合搅拌8小时，获得混合均匀的电极浆料；将浆料均匀涂布于铝箔上，并在60度烘箱中烘干，干燥后的极片经压片、冲切，制成直径为14毫米圆片，将电极片在120度下真空干燥12小时。