[发明专利]一种米粒状形貌锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别提供了一种米粒状形貌的锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂及其制备方法。

背景技术

目前所研究的锂离子动力电池通常以碳材料作为负极材料，但是电池在滥用状态下电解液会与嵌锂负极发生剧烈的化学反应，放出大量的热，引起电池的爆炸失控。因此，以碳负极的大容量高功率锂离子动力电池的安全问题一直得不到有效解决，制约着产业化的发展。同时锂离子在碳基电池内部扩散系数偏小，且其嵌锂电位较低，锂易于在电极表面沉积，形成锂晶枝，导致电池不可逆容量和安全隐患增加，因此碳基材料为负极的锂离子电池快速充电性能较差。

具有尖晶石型结构的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂(LTO)由于其在嵌脱锂过程中晶格常数几乎不发生变化，被称为“零应变材料”，其理论嵌锂电位(1.55V，VS Li/Li+)，具有安全性能高，充放电性能好，循环性能优良、充放电电压平台稳定等优点，作为锂离子动力电池负极材料，有望解决锂离子电池的快速充电性能和安全性能，但钛酸锂自身的电子导电性和离子导电性较差的特点制约了锂离子电池的大规模生产。

目前，先后已报道过多种改进LTO性能的方法，比如，高导电性包覆、体相掺杂等方法，其中最有效的是在LTO表面包覆一层导电层，最广泛的是碳包覆在LTO表面提高锂离子电池的电化学性能。但是碳包覆存在安全性性问题，因此，许多研究致力于发展LTO的一种既具有优良电化学性能，又安全稳定的无碳复合材料成为新的热点。

rutitle-TiO₂具有锂离子嵌入-脱嵌速率快、容量大的优点，循环稳定性好等优点，其中rutitle-TiO₂嵌入-脱嵌速率能很好的弥补LTO离子导电性差的不足，因此，很多研究致力于将LTO与rutitle-TiO₂目进行复合。据报道，Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂复合材料表现出了优异的电化学性能，具有大容量、高倍率性能、高容量保持率、循环稳定等一系列优点。但是Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂复合材料的常见的形貌为杂乱无章的片状严重影响了其电化学性能。因此更多的研究希望通过改变Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂复合材料的形貌进而提升其电化学性能。

发明内容

鉴于形貌对Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂复合材料的电化学性质有着重要的影响，本发明目的在于提供一种高比表面积米粒状形貌的锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂的制备方法，通过较大比表面积增大作为负极Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂复合材料与电解液的接触面积，以进一步提高Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂复合材料的电化学性能。

本发明采用的技术方案为：

一种米粒状形貌锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂/rutile-TiO₂的制备方法，包括如下步骤：

1)室温下，将LiOH·H₂O置于二甲基甲酰胺DMF中，充分搅拌混合后，加入钛酸四丁酯，干燥条件下，反应10-12h，得反应液；

2)向所述反应液中加入去离子水，搅拌1-2min，得乳白色溶液，将所述乳白色溶液移至反应釜中，180-200℃反应36-40h，离心分离，收集沉淀，乙醇洗涤，70-80℃真空干燥6-8h，得产物前驱体；

3)将所述产物前驱体置于空气氛围中，490-700℃煅烧6-7h，自然冷却至室温，研磨，得目标产物。