一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料及制備方法，原料包括Li2CO3、TiO2、碳源，負(fù)極材料的制作步驟為：將原料置于研缽中加適量無(wú)水乙醇研磨2.5小時(shí)；混合均勻后在85℃溫度下干燥，干燥后用分樣篩進(jìn)行過篩；將過篩后混合物置于馬弗爐中在空氣氣氛中加熱到700℃預(yù)燒5小時(shí)，然后升溫到850℃空氣氣氛中燒結(jié)保溫24小時(shí)，自然冷卻至室溫；將混合物粉碎，研磨，用分樣篩進(jìn)行過篩，置于干燥處，完成負(fù)極材料制備。對(duì)鋰鈦氧化物進(jìn)行碳摻雜，有效改善了鋰鈦氧化物負(fù)極材料的電化學(xué)性能，循環(huán)性能得到了改善，充放電效率高，容量保持率有較大的提高。
【專利說明】一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池制造領(lǐng)域，特別是一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、應(yīng)用溫度范圍廣、自放電率低、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、安全性能好等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已廣泛用作袖珍貴重家用電器如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等的電源，并已在航空、航天、航海、人造衛(wèi)星、小型醫(yī)療儀器及軍用通訊設(shè)備領(lǐng)域中逐步替代傳統(tǒng)的電源。鋰離子電池的成功應(yīng)用，關(guān)鍵在于制備可逆的嵌入和脫出鋰離子的負(fù)極材料。目前商業(yè)化的鋰離子電池大多采用石墨等嵌鋰碳材料與LiC0Odi成搖椅式可充電池。盡管相對(duì)于金屬鋰而言，碳材料在安全性、循環(huán)性能方面有了一定的改進(jìn)，但仍存在不少缺點(diǎn):首次充放電時(shí)，在碳表面形成鈍化膜而造成容量損失；碳電極的電位與鋰的電位相近，在電池過充電時(shí)，金屬鋰仍可會(huì)能在碳電極表面析出形成枝晶鋰而造成短路，引發(fā)安全性問題；存在明顯的電壓滯后；制備工藝比較復(fù)雜以及可能存在高溫失控等。尖晶石型鋰鈦氧化物L(fēng)i4Ti5O12負(fù)極材料具有175 mAh -g^1的理論容量和相對(duì)較高的電極電壓，原料來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，易于制備，無(wú)環(huán)境污染，而且它在鋰離子嵌入脫出的過程中晶體結(jié)構(gòu)能夠保持高度的穩(wěn)定性，因而具有優(yōu)良的循環(huán)性能和平穩(wěn)的放電電壓，具有“零應(yīng)變”的美稱，但鋰鈦氧化合物的比容量相對(duì)較低，導(dǎo)電性能較差，作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)的放電電壓較高，電池輸出電壓低；而且高溫合成過程中顆粒生長(zhǎng)不易控制，振實(shí)密度較低，導(dǎo)致了低的體積比容量和能量密度；再者鋰鈦氧化合物本身為絕緣體，其電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo) 率很低，導(dǎo)致其首次不可逆容量的損失和較差的高倍率充放電性倉(cāng)泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料及制備方法，對(duì)鋰鈦氧化物進(jìn)行碳摻雜，在未改變尖晶石型鋰鈦氧化物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，有效改善鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料，其特征在于，包括以下原料:Li2C03、TiO2、碳源，其中 η (Li) /n (Ti) =0.84。
[0005]所述負(fù)極材料的制作步驟如下:
(O將原料置于研缽中加適量分散劑研磨2.5小時(shí)；
(2)混合均勻后在85°C溫度下干燥，干燥后用分樣篩進(jìn)行過篩；
(3)將過篩后混合物置于馬弗爐中在空氣氣氛中加熱到700°C預(yù)燒5小時(shí)，然后升溫到850 °C空氣氣氛中燒結(jié)保溫24小時(shí)，自然冷卻至室溫；
(4)將混合物粉碎，研磨，用分樣篩進(jìn)行過篩，置于干燥處，完成負(fù)極材料制備。
[0006]所述碳源為蔗糖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% —12%。[0007]所述碳源為浙青，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%—15%。
[0008]所述分散劑為無(wú)水乙醇。
[0009]所述分樣篩采用325目篩。
[0010]本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步是:對(duì)尖晶石型鋰鈦氧化物進(jìn)行碳摻雜，碳源為蔗糖或浙青，摻雜并未改變尖晶石型鋰鈦氧化物材料的結(jié)構(gòu)，有效改善了鋰鈦氧化物負(fù)極材料的電化學(xué)性能，循環(huán)性能得到了改善，充放電效率高，容量保持率有較大的提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是摻雜蔗糖鋰鈦氧化物的XRD圖。
[0012]圖2是摻雜浙青鋰鈦氧化物的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
實(shí)施例1
將Li2C03、TiO2和蔗糖置于研缽中，加入適量無(wú)水乙醇作分散劑研磨2.5小時(shí)，混合均勻后在85 °C溫度下干燥，干燥后用325目分樣篩進(jìn)行過篩。將過篩后混合物置于馬弗爐中在空氣氣氛中加熱到700 °C預(yù)燒5小時(shí)，然后升溫到850 °C空氣氣氛中燒結(jié)保溫24小時(shí)，自然冷卻至室溫后，將混合物粉碎，研磨，用325目分樣篩進(jìn)行過篩，置于干燥處，完成負(fù)極材料制備。
[0014]蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、8%、12%。
[0015]圖1為摻雜蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5% (Z1)、8%(Z2)、12%(Z3)與純相鋰鈦氧化物標(biāo)準(zhǔn)圖譜的XRD對(duì)比圖，由圖可得，產(chǎn)物的所有衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片相吻合，無(wú)雜質(zhì)峰的出現(xiàn)，說明制得的Li4Ti5O12為單一物相，并且在原料中加碳并沒有改變其物相結(jié)構(gòu)，即仍為尖晶石型結(jié)構(gòu)。
[0016]與商業(yè)化的LiCoO2配對(duì)組裝成電池后，進(jìn)行的電化學(xué)性能測(cè)試表明，摻雜并未明顯影響鋰鈦氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的放電電壓平臺(tái)，材料的0.5 C下循環(huán)性能得到了改善，交流阻抗和循環(huán)伏安測(cè)試表明樣品材料電化學(xué)性能良好。
[0017]實(shí)施例2
將Li2C03、TiO2和浙青置于研缽中，加入適量無(wú)水乙醇作分散劑研磨2.5小時(shí)，混合均勻后在85 °C溫度下干燥，干燥后用325目分樣篩進(jìn)行過篩。將過篩后混合物置于馬弗爐中在空氣氣氛中加熱到700 °C預(yù)燒5小時(shí)，然后升溫到850 °C空氣氣氛中燒結(jié)保溫24小時(shí)，自然冷卻至室溫后，將混合物粉碎，研磨，用325目分樣篩進(jìn)行過篩，置于干燥處，完成負(fù)極材料制備。
[0018]浙青質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、5%、8%、15%。
[0019]圖1為摻雜浙青質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3% (LI),5% (L2)、8%(L3)、15%(L4)與純相鋰鈦氧化物標(biāo)準(zhǔn)圖譜的XRD對(duì)比圖，由圖可得，產(chǎn)物的所有衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片相吻合，無(wú)雜質(zhì)峰的出現(xiàn)，說明制得的Li4Ti5O12為單一物相，并且在原料中加碳并沒有改變其物相結(jié)構(gòu)，即仍為尖晶石型結(jié)構(gòu)。
[0020]與商業(yè)化的LiCoO2配對(duì)組裝成電池后，進(jìn)行的電化學(xué)性能測(cè)試表明，摻雜浙青沒有改變鋰鈦氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的放電電壓平臺(tái)，且材料的循環(huán)性能也得到了改善，充放電效率很高。交流阻抗和循環(huán)伏安測(cè)試表明樣品材料電化學(xué)性能良好。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料，其特征在于，包括以下原料:Li2C03、TiO2、碳源，其中 η (Li)/n (Ti)=0.84。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述負(fù)極材料的制作步驟如下: (O將原料置于研缽中加適量分散劑研磨2.5小時(shí)； (2)混合均勻后在85°C溫度下干燥，干燥后用分樣篩進(jìn)行過篩； (3)將過篩后混合物置于馬弗爐中在空氣氣氛中加熱到700°C預(yù)燒5小時(shí)，然后升溫到850 °C空氣氣氛中燒結(jié)保溫24小時(shí)，自然冷卻至室溫； (4)將混合物粉碎，研磨，用分樣篩進(jìn)行過篩，置于干燥處，完成負(fù)極材料制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料，其特征在于:所述碳源為蔗糖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% —12%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料，其特征在于:所述碳源為浙青，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% —15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料的制備方法，其特征在于:所述分散劑為無(wú)水乙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池鋰鈦氧化物負(fù)極材料的制備方法，其特征在于:所述分樣篩采用325目篩。
【文檔編號(hào)】H01M4/1393GK103943820SQ201410108552
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】傅汝毅 申請(qǐng)人:傅汝毅