[发明专利]一种钛酸锂/锐钛矿/金红石矿三相复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛酸锂/锐钛矿/金红石矿三相复合材料的制备方法，方法包括：将LiOH·H₂O粉末与钛酸四丁酯混合，溶解，加入乙醇以及水，分散均匀，搅拌，得到混合均匀的悬浊液A；转移至高压反应釜内，在140‑180℃温度下水热反应，得到悬浊液B；抽滤得到滤固体前驱体，干燥，研磨成均一的粉末；在惰性气体以及氨气混合环境下，在300‑600℃温度下，加热烧结，得到三相复合材料。制备的三相复合材料作为锂电池负极材料使用，利用锐钛矿型TiO₂参与Li₄Ti₅O₁₂基体材料电化学反应为其贡献容量，提升其能量密度；利用金红石矿型TiO₂相的存在，为复合材料提供更多的晶界和结构缺陷。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种钛酸锂/锐钛矿/金红石矿三相复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池以其高能量密度、环境友好特性和高输出电压被认为是未来具有广泛应用前景的能源储存器件。

当前所使用的碳质材料因其工作电压仅有0.1V，一方面易导致电解质被还原分解，从而在负极表面形成较厚的SEI膜，进而限制了Li⁺的传输；另一方面随着放电倍率增大，易形成锂枝晶，从而带来更严重的安全问题。

钛酸锂以其电化学反应过程中结构零应变和高安全性的工作电压(～1.55V)特性，被认为是未来最具有应用前景的可替代石墨的负极材料。其中高的电压平台可以避免电解质的还原分解和锂金属枝晶的形成，尤其是在大倍率及长循环工况下。但是，其低的电子本征电导率和锂离子扩散系数也是限制其大范围应用的瓶颈。

目前，比较普遍的方法来提高锂离子扩散系数和电子电导率的措施是：减小材料粒径和材料表面包覆导电剂。但是，这些措施在钛酸锂材料改性方面仍具有一定局限性，例如碳包覆会降低基体材料的能量密度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钛酸锂/锐钛矿/金红石矿三相复合材料的制备方法，制备的Li₄Ti₅O₁₂/锐钛矿/金红石矿三相复合材料作为锂电池负极材料，具有较好的电子电导率和Li⁺扩散性能。

一种钛酸锂/锐钛矿/金红石矿三相复合材料的制备方法，方法包括：

S1.将LiOH·H₂O粉末与钛酸四丁酯混合，超声分散，使LiOH·H₂O粉末溶于钛酸四丁酯中；再分别依次加入乙醇以及水，超声分散均匀，搅拌，得到混合均匀的悬浊液A；

S2.将悬浮液A转移至高压反应釜内，在140-180℃温度下水热反应，得到悬浊液B；

S3.将悬浊液B抽滤得到滤固体前驱体，干燥，研磨成均一的粉末；研磨后的粉末在惰性气体以及氨气混合环境下，在300-600℃温度下，加热烧结，得到氮掺杂Li₄Ti₅O₁₂/锐钛矿/金红石矿三相复合材料。

优选地，所述LiOH·H₂O与钛酸四丁酯的质量比为(0.1-1)：(1-5)。

优选地，所述LiOH·H₂O与钛酸四丁酯的质量比为(0.3-0.8)：(1.5-4)。

优选地，所述S1具体为：

将LiOH·H₂O粉末与钛酸四丁酯混合，超声分散1-3h，使LiOH·H₂O粉末溶于钛酸四丁酯中；再分别依次加入乙醇以及水，超声1-3h使其分散均匀，以30-200r/min搅拌速度，搅拌4-8h，得到混合均匀的悬浊液A。