[发明专利]一种纳米化碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池负极材料钛酸锂的制备方法，尤其涉及一种纳米化碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法。 

背景技术

锂离子电池是又名“锂离子蓄电池”，是21世纪应对能源日益枯竭与环境不断恶化的一项重要新能源技术。其发展最早始于60 - 70年代的世界石油危机时期。经过近20年的探索，在1990年由日本的Sony能源公司和意大利的Moli能源公司率先开发出以碳材料为负极、以LiCoO₂为正极的锂离子电池。自此以后，锂离子电池获得了飞速发展。同时，锂离子电池能量密度大，平均输出电压高，自放电小，没有记忆效应、工作温度范围为-20 ℃- 60 ℃，循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%。而且它的输出功率大、使用寿命长、不含有毒有害物质，因而被称为绿色电池。 

锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成。锂离子电池的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰锂和磷酸铁锂等；负极材料则以石墨、固体碳粒为主，而钛酸锂负极材料则是21世纪新兴起来的高循环性能负极材料。相较于碳负极组成的锂离子二次电池，钛酸锂电池具有高安全性、高稳定性、长寿命、快充快放和低温性能好等优点，并且钛酸锂本身的电位较高，避免了锂晶枝的产生，保障了锂离子电池的安全。钛酸锂电池的另外一个重要特点是不会形成SEI膜，这样就减少了锂离子电池不可逆容量的损失，因此相对于锂离子电池最常用的石墨负极材料，钛酸锂电池具有更好的耐久性。通过实验结果表明，使用钛酸锂作为负极的锂电池与传统石墨锂电池相比，寿命可延长至4-6倍。这就避免了在车辆使用寿命期内因电池劣化而更换电池，更不会造成用户车辆的使用成本上涨。日本东芝目前正在量产使用钛酸锂的车载锂电池。美国EnerSol能源系统公司发现钛酸锂电池适合在智能电网储能和电动汽车中应用，目前也在积极寻找钛酸锂电池开发和测试的合作伙伴。 

钛酸锂负极材料最常用的制备方法为固相法和有机钛源分解合成法，然而固相法生产得到的钛酸锂材料粒子尺寸大，团聚现象明显，并且容量衰减速度快，循环性能不好；利用有机钛源为原料制备钛酸锂材料虽然可以细化材料尺寸，但其价格昂贵，生产成本较大，不适合批量化工业生产，同时钛酸锂本征电导率低，不利于正极材料的大倍率放电。 

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现材料粒子纳米化同时实现材料均匀碳包覆的一种纳米化碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种纳米化碳包覆钛酸锂负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下几个步骤：（1）配置1-15mol/L的强碱溶液，称取质量比为10-50:1的二氧化钛，加入高压釜，于160-180℃之间反应3-5小时，将高压釜聚乙烯内衬中沉淀物用盐酸清洗数遍，并用蒸馏水过滤洗涤，然后置于真空干燥设备中80-100℃干燥2-5小时；（2）按Li:Ti摩尔比为（0.8-0.88）:1称量锂源和预处理后二氧化钛粉体材料，置于球磨罐，然后再称取0.1-0.2倍摩尔质量的可溶性碳源加入少量蒸馏水，常温或加热条件下溶解，并全部转移入搅拌罐，持续搅拌0.5-1小时；（3）将上述所得浆料经喷雾干燥器实现快速干燥，然后把物料全部转移入刚玉坩埚或匣钵，置于马弗炉在保护气体中750-900℃条件下烧结8-15小时；（4）将所得物料研磨过筛，得到碳包覆钛酸锂负极材料。 

此方法中，包括以下几个步骤：（1）配置8mol/L的强碱溶液，量取80ml加入100ml的高压釜聚四氟乙烯内衬中，再称取2g二氧化钛加入其中，然后置于烘箱中于160℃反应5小时，反应结束，将高压釜聚乙烯内衬中的沉淀物用盐酸清洗数遍，再用蒸馏水洗涤并过滤，最后置于干燥设备中100℃干燥5小时；（2）按Li:Ti摩尔比为0.84:1称量碳酸锂和预处理后二氧化钛粉体材料，置于球磨罐；然后再称取0.2倍摩尔质量的可溶性碳源，加入烧杯中并用少量蒸馏水溶解，再全部转移入球磨罐，放入玛瑙球球磨1小时；（3）将上述所得物料经喷雾干燥设备实现快速干燥，然后把物料全部转移入刚玉坩埚或匣钵，置于马弗炉在保护气体中800℃条件下烧结15小时；（4）将所得物料研磨过筛，得到碳包覆钛酸锂负极材料。 

此方法中，包括以下几个步骤：（1）配置6mol/L的强碱溶液，量取80ml加入100ml的高压釜聚四氟乙烯内衬中，再称取2g二氧化钛加入其中，然后置于烘箱中于180℃之间反应3小时，反应结束，将高压釜聚乙烯内衬中的沉淀物用盐酸清洗数遍，再用蒸馏水洗涤并过滤，最后置于干燥设备中100℃干燥5小时；