[发明专利]负极活性材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负极活性材料制备方法，特别涉及一种用于锂离子电池的负极活性材料制备方法。

背景技术

尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是一种“零应变”的锂离子电池负极材料，即在锂离子嵌入和脱出过程中，其晶格结构几乎不发生变化，因此循环稳定性优异。相对于金属锂，钛酸锂的嵌锂电位约为1.55V，故不会引起金属锂或锂枝晶的析出，而且与电解液的副反应少，从而防止电解液在电极表面的还原，不仅安全性高，而且库伦效率高，循环寿命长。此外，由于尖晶石骨架结构存在三维锂离子扩散通道，锂离子扩散系数(2×10^-8cm²/)比商业化石墨负极材料高一个数量级以上，因此具有潜在的优异的高倍率性能。但是尖晶石型钛酸锂作为锂离子电池负极材料也有其自身的不足，如高放电平台会导致电池电压低，从而使电池的比能量低；其自身的导电率较低，在大电流充放电时容量衰减快，倍率性能较差。

提高钛酸锂负极材料倍率性能的有效途径包括使用纳米晶材料和碳包覆等。其中，使用纳米晶钛酸锂负极材料是利用其较大的电极与电解液的接触面积和较小的锂离子扩散半径来提高充放电速率。但同其它纳米电极材料一样，纳米钛酸锂的堆实密度低，因此虽然可有效提高其充放电速率，但同时会降低电池的比能量。为此，为了提高堆实密度，并且使电极制浆和极板涂刷更加容易，电池企业更加青睐于粒径均匀的微米级球形钛酸锂负极材料。碳包覆是提高钛酸锂负极材料倍率性能非常有效的方法之一，但现有的碳包覆方法通常都是在合成钛酸锂粉体之后，再利用气相或液相的方法进行二次包覆，不仅过程复杂，能耗高，且多因钛酸锂粉体分散不均匀，导致碳包覆效果不理想。特别是通常采用的有机碳水化合物水热(如葡萄糖)反应进行碳包覆的方法，不仅产量低，可控性差，而且有异味，并需要大量水或醇溶剂洗涤等，不利于节能环保。

发明内容

本发明提供一种负极活性材料制备方法，可以解决上述问题。

一种负极活性材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氯化锂溶液与醇类溶剂按体积比1～10:1000混合，在搅拌状态下，按钛醇盐与醇类溶剂体积比1～10:100加入钛醇盐，直到出现白色沉淀；

S2：将步骤S1所获得的溶液密封，静置得到含水合氧化钛微球的溶液；

S3：在搅拌状态下，按锂原子和钛原子的数量比为0.80～0.85:1向所述含水合氧化钛微球的溶液中加入乙酸锂，其中，氯化锂中的锂原子包含于上述比例；

S4：在搅拌状态下，按钛醇盐和吡咯的体积比为5～10:1在步骤S3所获得的溶液中加入吡咯作为碳源，再加入氧化剂使吡咯原位聚合；

S5：将步骤S4所获得的溶液中的溶剂蒸发，得到聚吡咯包覆的钛酸锂微球前驱体；

S6：将得到的钛酸锂微球前驱体在惰性气体保护下，在700～900℃煅烧。

进一步的，所述醇类溶剂为甲醇，乙醇，异丙醇，正丙醇、乙二醇或其混合。

进一步的，所述氯化锂溶液与醇类溶剂按体积比4～8:1000混合。

进一步的，所述钛醇盐与醇类溶剂按照体积比3～9:100加入钛醇盐。

进一步的，所述钛醇盐为异丙醇钛或钛酸丁酯，纯度98wt.％以上。

进一步的，所述吡咯与钛醇盐按体积比1：5～10加入作为碳源，并且使用双氧水作为氧化剂引发吡咯的原位聚合；

进一步的，控制温度为40～80℃从而将步骤S4所获得的溶液中的溶剂蒸发。

进一步的，所述的惰性气体为氮气或稀有气体，且煅烧过程中的升温速率为1～5℃/min，煅烧保温时间为2～10h，最后随炉冷降温。

所述负极活性材料包括内核的钛酸锂以及包覆于钛酸锂表面的碳，且所述负极活性材料为微球状，粒径在0.5μm～3μm之间。

进一步的，所述钛酸锂为尖晶石型钛酸锂。

本发明提供的负极活性材料的制备方法，在室温和常压条件下，在同一前驱体溶液中制备有机碳源包覆的钛酸锂微球前驱体，然后令钛酸锂的烧成和碳包覆在一次煅烧中完成，从而达到简化工艺，降低成本，实现批量化生产的目的。另外，本发明提供的负极活性材料及含有该负极活性材料的电池，还具有较高的比容量以及较好的循环性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的负极活性材料的制备方法流程图。

图2为本发明实施例1提供的负极活性材料的扫描电镜照片。

图3为本发明实施例1提供的负极活性材料的X射线衍射图谱。