[发明专利]一种碳自包覆纳米级SrLi2Ti6O14的制备方法

说明书

技术领域

   本发明涉及锂离子二次电池材料领域，特别是一种碳自包覆纳米级SrLi₂Ti₆O₁₄的制备方法。

背景技术

   随着各种移动通讯设备、电子器件、办公自动化用品、家用电器和医疗器械的普及，人们对电源的需求量日益增加，更重要的是对电源性能的要求也越来越高。这种要求主要体现在高比功率、高比能量、长循环寿命等指标上；同时安全性、电极材料廉价易得以及环境友好程度也是对电源性能的重要考察因素。

锂离子电池是在锂电池基础上发展起来的一种新型二次电池，与传统的可充电池相比，锂离子电池具有能量密度高、功率密度大、工作电压高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长、无污染等独特优势。目前商品化锂离子电池的负极材料多采用嵌锂碳材料，但碳电极仍存在很多亟待解决的问题，例如嵌锂后的碳材料的电位与金属锂的电位接近，因此在电池过充电时，金属锂易在碳电极表面析出形成枝晶，刺穿隔膜导致短路，而且大多数电解液在此电位下不稳定，电解质易在电极表面分解，产生可燃气体混合物，从而造成严重的安全隐患；温度过高时易引起热失控；同时，锂离子在反复地插入和脱嵌过程中，会使碳材料结构受到破坏，从而导致容量的衰减等，这些因素都极大的限制了碳材料的实际应用。 Li₄Ti₅O₁₂是目前应用最为广泛的锂离子电池负极材料，其具有较高的安全性以及循环稳定性，然而 Li₄Ti₅O₁₂较高的嵌锂电位(>1.5 V)以及较低的理论比容量(175 mAh/g)使得其与高性能的正极材料匹配时，电池的能量密度有较大的损失。因此，为了实现构建高能量密度的电池体系，开发一种具有较低嵌锂电位的电极材料显得尤为重要。与 Li₄Ti₅O₁₂相比，SrLi₂Ti₆O₁₄具有较低的嵌锂电位(1.3~1.4 V)以及面积比阻抗(ASI)，其理论容量为262 mAh g-1，同时拥有三维的空间结构可供锂离子的脱嵌，是一种理想的取代Li₄Ti₅O₁₂的负极材料，但是其电子和离子电导率低，导致其在大倍率下容量衰减迅速，K. Amine等在Electrochemistry Communications 5 (2003) 435~438上发表了一种采用高温固相制备SrLi₂Ti₆O₁₄的方法，然而其所需要的合成温度高达1000 °C，同时所需的反应时间也较长为24 h，制备所得样品为微米级，在小倍率下C/7循环35次，容量仅为140 mAh g-1；Damien Dambournet等在Journal of Power Sources 196 (2011) 2871~2874上发表了一种采用溶胶凝胶制备SrLi₂Ti₆O₁₄的方法，电化学测试表明该样品在1 C下循环100次后容量为102 mAh g-1，性能得到了一定的改善，但该方法比较繁琐，需先使用硫酸氧钛与草酸锂反应生成化合物，热解后产生二氧化钛为前驱体，后与乙酸锂，乙酸锶混合反应，煅烧后方得纯相的尺寸在几百纳米左右的SrLi2Ti6O14，因此，提供一种工艺简单可控、反应温度低、反应时间短的纯相SrLi₂Ti₆O₁₄制备方法，一直是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

针对上述问题，提供一种碳自包覆纳米级SrLi₂Ti₆O₁₄的制备方法，该方法克服了现有的制备纳米级SrLi2Ti6O14制备方法中存在的条件苛刻、工艺繁琐、需加入添加剂制备前驱体等一系列问题，并且所得的SrLi₂Ti₆O₁₄的电位平台显著降低，本发明是这样实现的：

     一种碳自包覆纳米级SrLi₂Ti₆O₁₄的制备方法，具体步骤如下：