[发明专利]一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法，该方法是采用溶胶‑凝胶法制备了共掺杂V和Cr的钛酸锂，所述掺杂为Ti离子的16d位掺杂，而后采用喷雾干燥法进行再次造粒，有效地提高了钛酸锂的初始容量、循环稳定性和振实密度。

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池负极材料的技术领域，具体涉及一种锂离子动力电池共掺杂钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子动力电池具有循环寿命长和能量密度高等优点，被广泛应用于新能源汽车领域，但目前由于其续航能力弱、安全性差等问题一直是新能源领域中较为重点研究的技术方向。

尖晶石钛酸锂被作为一种备受关注的负极材料，其具有如下优点：1)钛酸锂在脱嵌锂前后几乎零应变；2)嵌锂电位较高(1.55V)，能有效避免锂枝晶产生，安全性较高；3)具有很平坦的电压平台；4)化学扩散系数和库伦效率高。

在尖晶石钛酸锂结构中存在着锂离子占位的8a四面体空隙和钛离子占位的16d八面体空隙，在选择掺杂离子时，通常会考虑所用掺杂离子更优先进入哪种离子占位，若进入16d八面体占位则更有利于稳定尖晶石的结构，从而能够提高电极材料的容量和循环性能；而若进入8a占位，则导致锂离子被挤压至16d位，从而形成反尖晶石结构，那么所得电极材料的容量和循环性能均会不同程度的下降。

为此，针对现有技术的不足，本发明立足于提高钛酸锂的电化学性能，采用在钛酸锂中共掺杂V和Cr元素，该上述元素更容易进入Ti离子的16d位，从而有效地提高了钛酸锂的初始容量以及循环稳定性。

发明内容

本发明提供一种锂离子动力电池负极材料及其制备方法，该方法是采用溶胶-凝胶法制备了共掺杂的钛酸锂，而后采用喷雾干燥法进行再次造粒，有效地提高了钛酸锂的初始容量以及循环稳定性。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种锂离子动力电池负极材料，所述负极材料为双元素共掺杂的钛酸锂，所述双元素为过渡金属元素，所述掺杂为Ti位掺杂。

进一步地，其化学结构式为：Li₄Ti_5-x-yV_xCr_yO₁₂，其中，0＜x≤0.3，0＜y≤0.3。

进一步地，所述负极材料的结构式优选为Li₄Ti_4.7V_0.2Cr_0.1O₁₂。

进一步地，所述负极材料的振实密度为1.0-2.0g/cm³，平均粒径为50-800nm。

本发明另一方面提供了锂离子动力电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

a、按照摩尔比n(Li)∶n(Ti)∶n(V)∶n(Cr)＝4∶(5-x-y)∶x∶y称取一定量的钛源分散于溶剂中，搅拌混合均匀后，得到溶液A；称取一定量的锂源将其溶于溶剂中，搅拌均匀，得到溶液B；称取一定量的钒源将其分散于溶剂中，搅拌混合均匀后，得到溶液C；称取一定量的铬源将其分散于溶剂中，搅拌混合均匀后，得到溶液D，其中，0＜x≤0.3，0＜y≤0.3；

b、在搅拌的作用下，将溶液B缓慢加入溶液A中后，再同时加入溶液C和D，得到透明的溶胶，继续搅拌直至形成凝胶，将所得凝胶干燥、研磨后，在保护气氛下于400-600℃煅烧，保温时间为2-5h，而后升高至700-900℃煅烧，保温时间为3-8h，冷却至室温，得到经共掺杂的钛酸锂；

c、称取一定量步骤(b)制得的共掺杂的钛酸锂，加入去离子水，配制成浓度为0.1-0.3g/mL的浆料，进行球磨后，将所述浆料进行喷雾干燥，得到粒径均匀的粉末，该粉末即为Li₄Ti_5-x-yV_xCr_yO₁₂。