[发明专利]一种宽电位窗口的锂离子电池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技术领域，具体涉及宽电位窗口的锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

随着各种电子设备以及电动汽车、混合动力汽车的发展，对为其提供能量的锂离子电池提出了更高的要求。锂离子电池的容量密度和能量密度较高，被公认为最有希望的动力电池。目前商用锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳/石墨材料，但是，碳材料的嵌锂电位(0～0.26V)与金属锂的沉积电位很接近，当电池过充时，金属锂可能会在碳电极表面析出而形成锂枝晶，枝晶进一步生长，则可能刺穿隔膜，造成正负极相接，从而引起短路；此外，碳材料还存在首次充放电效率低、与电解液发生作用、存在明显的电压滞后现象、制备方法比较复杂等缺点。尖晶石型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂是一种“零应变”材料，在锂离子嵌入脱出的过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，而使其具有优良的循环性能和平稳的放电电压。且具有相对较高的电极电压(1.55V)，在整个放电过程中不会出现金属锂的析出，大大提高了电极材料使用的安全性。但是Li₄Ti₅O₁₂最大的不足是其电子电导和离子电导较低，从而在大电流充放电时容量衰减快、倍率性能较差。Li₄Ti₅O₁₂/Li半电池放电至0V时(vs.Li⁺/Li)，理论容量为293mAh/g，可逆容量不能达到所需的目标要求。因此，很有必须开发新型的钛酸盐负极材料。Li₅Cr₉Ti₄O₂₄作为一种新型的钛酸盐负极材料，放电至0V时(vs.Li⁺/Li)，理论容量为323mAh/g。尽管此前有报道(Chunfu Lin et al.Journal of Alloys and Compounds,2015,650:616-621.)采用高温固相法制备了Li₅Cr₉Ti₄O₂₄负极材料，但是高温固相法制备的材料通常粒径较大、不均匀、能耗高。此外，考虑动力电池经常会出现滥用或过放电行为，研究Li₅Cr₉Ti₄O₂₄负极材料过放电时的安全性显得尤为重要，即宽电位窗口性能。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种制备Li₅Cr₉Ti₄O₂₄-Cr₂O₃复合负极材料的方法，以期获得具有快速充放电特性和高循环稳定性的宽电位窗口负极材料。

本发明所提供的宽电位窗口的锂离子电池负极材料的制备方法具体步骤如下：

将钛源和硝酸铬溶解于无水乙醇溶液，在搅拌的条件下加入三乙醇胺，然后再加入含有锂源的乙醇水溶液，然后在70℃水浴锅中搅拌加热至凝胶状，然后在烘箱中80-100℃烘干，研磨后放于马弗炉中在500-600℃下预烧6-8h，冷却至室温，于球磨机中球磨3-4h，过筛，再放入马弗炉中于750-900℃下烧10-15h，冷却至室温，即制得宽电位窗口的锂离子电池负极材料Li₅Cr₉Ti₄O₂₄-aCr₂O₃，其中0.05≤a≤0.2。

所述钛源、硝酸铬、三乙醇胺和锂源的摩尔比为1:2.275～2.35:3.5～5:1.25。

所述的锂源为醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种；所述的钛源为钛酸四丁酯、钛酸四丙酯中的一种。

作为一种优化，所述钛源、硝酸铬、三乙醇胺和锂源的摩尔比为1:2.3:4.5:1.25；所述的锂源为醋酸锂；所述的钛源为钛酸四丁酯。

本发明所制备的宽电位窗口的锂离子电池负极材料的化学式为：Li₅Cr₉Ti₄O₂₄-aCr₂O₃，其中0.05≤a≤0.2，该负极材料是有亚微米级的粒径，具有较好的电化学性能，可用于高性能锂离子电池负极材料。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：