[发明专利]一种无定形碳沉积改性钛酸锂负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种负极材料，具体涉及一种利用无定型碳沉积对钛酸锂负极材料进行改性的方法。

背景技术

随着汽车行业的发展，石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，空气污染和室温效应也成为全球性的问题，以及国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国对原油的依赖度与日俱增，已对我国能源安全构成直接威胁，另外，原油的价格波动也直接影响到我国国民经济的发展，随着国际原油价格的不断攀升，不仅增加了中国用高额外汇进口石油的经济压力，也使国内油品市场供求矛盾更加突出在我国石油消费结构中，交通工具消耗的石油占一半以上，且呈现连续性大幅度上升趋势，这些迫使人们不得不在寻找新能源、发展新的交通工具方面加快步伐动力电池和电动汽车的发展被放在越来越重要的位置。因此，以绿色二次电池为动力的二次能源越来越受到人们的重视，被视为是解决能源枯竭和环境污染的有效途径。

随着以绿色二次电池为动力的二次能源的迅速发展，各种新能源电动汽车及便携式电子设备、电动工具的广泛使用和高速发展，对化学电源的要求也相继提高。锂离子电池由于开路电压高、能量密度大、重量轻和自放电低等优点在这些领域得到日益广泛的应用。但是，锂离子电池的使用寿命和功率性能并不尽人意，尤其是在电动汽车上。这是由于传统的石墨负极材料的结构具有高度晶化和取向度特性，使之在充电过程中会发生溶剂分子进入石墨层间而引起石墨层剥落的现象，由此导致电池循环性能降低，限制了石墨类材料在动力电池材料方面的应用。Li₄Ti₅O₁₂ 作为一种新型的锂离子二次电池负极材料，与其它商业化的材料相比，具有循环性能好、不与电解液反应、安全性能高、充放电平台平稳等优点，是近几年来备受关注的最优异的锂离子电池负极材料之一。与碳负电极材料相比，钛酸锂有很多的优势，其中，锂离子在钛酸锂中的脱嵌是可逆的，而且锂离子在嵌入或脱出钛酸锂的过程中，其晶型不发生变化，体积变化小于1%，因此被称为“零应变材料”，能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少了随循环次数增加而带来比容量大幅度的衰减，具有比碳负极更优良的循环性能；但是，由于钛酸锂是一种绝缘材料，其电导率低，从而导致在锂电中的应用存在倍率性能较差的问题，同时钛酸锂材料理论比容量为175 mAh/g，实际比容量大于160mAh/g，具有克容量较低等缺点，因此，对于钛酸锂进行改性是十分必要的。

研究表明将无定形碳和钛酸锂复合制备所得到的复合材料能极大的改善钛酸锂的性能。无定形碳本身具有良好的导电性和抗电解液腐蚀性能，因此可提高材料的循环稳定性和导电性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种利用无定型碳沉积对钛酸锂负极材料进行改性的方法，具体步骤如下：

A) 将钛酸锂与过渡金属化合物水溶液混合，进行加热至水分蒸发，得到负载有过渡金属化合物的钛酸锂；

B) 用还原剂将所述步骤A) 得到的负载有过渡金属化合物的钛酸锂进行还原，得到负载有过渡金属的钛酸锂；

C) 用无定形碳碳源将所述步骤B) 得到的负载有过渡金属的钛酸锂进行沉积，得到沉积有无定形碳的钛酸锂；

D) 利用酸性介质溶液将所述步骤C) 中得到的沉积有无定形碳的钛酸锂上的过渡金属去除，并进行洗涤至中性，然后烘干，得到改性钛酸锂负极材料。

进一步，步骤A)中所述的钛酸锂与过渡金属化合物的质量比为100：（5～20）。

进一步，步骤A)中所述的过渡金属化合物包括镍的氯化物、铁的氯化物和钴的氯化物中的一种或几种。

进一步，步骤A)中所述的过渡金属化合物水溶液的摩尔浓度优选为0.05～0.3mol/L。

进一步，步骤A)中所述的加热温度为30～85℃。

进一步，步骤B)中所述的还原剂为氢气。

进一步，步骤C)中所述的无定形碳碳源包括气体碳氢化合物和/或液体碳氢化合物。

进一步，步骤C)中所述的沉积的温度为600～800℃，沉积的时间为0.5～1.5 小时，无定形碳的沉积量占钛酸锂重量的5～20％。

进一步，步骤D) 中所述的酸性介质溶液为盐酸溶液，摩尔浓度为0.01～0.5mol/L。