[发明专利]一种铬钛基锂离子电池多级结构负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铬钛基锂离子电池多级结构负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。该方法具体步骤是：将钛源、锂源和铬源溶解于醇溶液，加入有机酸为螯合剂，搅拌至形成凝胶，真空干燥；将预先制备的α‑LiAlO₂与前驱体混合，空气中于预高温处理，然后球磨800℃煅烧，得到Li₅Cr₇Ti₆O₂₅‑LiAlO₂；将其与硝化后的碳纳米管混合球磨后，在惰性气氛中处理，所得产物即Li₅Cr₇Ti₆O₂₅@α‑LiAlO₂@CNT。本发明合成的负极材料颗粒均匀一致、分散性好、结晶度高，具有稳定的多级复合结构，这使其具有可观的宽电位窗口可逆容量、优异的倍率性能和稳定的循环寿命，具有很高的实际使用价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种铬钛基锂离子电池多级结构负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因为其使用寿命长、无记忆效应、能量密度高、低污染、输出电压高等优点被广泛用于工业生产、交通运输、社会生活等领域。在锂离子电池中，目前市场中消费类产业化锂电池产品负极材料均釆用石墨类碳基材料。但是，碳负极材料充放电平台较低接近锂金属单质还原电位，在电池使用过程中，随着不断的充放电，锂离子易在碳负极上发生沉积生成针状锂枝晶，进而剌破隔膜导致电池内部短路而造成安全事故或潜在危险。因此，寻找安全稳定的负极材料是当今商用储能锂离子电池行业急需攻克的难题之一。钛基材料由于具有高充放电循环稳定性和高安全性而备受关注，因此钛基材料是很有研究前景的负极候选材料。在所有钛基负极材料中，目前研究比较热门主要是Li₄Ti₅O₁₂。对Li₄Ti₅O₁₂而言，在充放电过程中，锂离子嵌入脱出时晶胞体积变化小，循环稳定性和热稳定性均较好等优点，使其成为具有广泛应用前景的负极材料。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。Li₅Cr₇Ti₆O₂₅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320mAh/g。因此，Li₅Cr₇Ti₆O₂₅基负极材料是一种非常有开发前景的锂离子电池负极材料。但是Li₅Cr₇Ti₆O₂₅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。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种铬钛基锂离子电池多级结构负极材料及其制备方法，以期原料来源广泛，操作简便、可控性好、重现性高，所得到的材料颗粒较小、粒径分布均匀、结晶度高，从而在降低材料制备成本的同时，提高材料的电化学性能。