一种钛酸锂负极材料的制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种钛酸锂负极材料的制备方法及锂离子电池，其中钛酸锂负极材料的制备方法为将锂盐与二氧化钛按锂原子与钛原子的摩尔比为4：5混合均匀，放入密封容器中抽真空，加热到800‑1000℃，持续通入乙炔气体3‑8小时，自然冷却，得到与碳纳米混合均匀的钛酸锂负极材料，所述锂盐为氢氧化锂和碳酸锂的一种，并以此作为锂离子电池的负极，制备锂离子电池。本发明专利技术通过在钛酸锂的生产过程中，生成碳纳米，使两者充分混合均匀，不仅提高了钛酸锂的导电性，降低了过电位，使电解液不分解，从而解决了电池鼓包的问题，而且所得到的锂离子电池的导电性显著提高、充电电压降低。

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂负极材料的制备方法及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池领域，具体是涉及到一种负极材料的制备方法及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有工作电压高、比能量大、自放电小和环境污染小等优点，而广泛用于民用和军事领域。其中负极材料对锂电池的安全性、循环寿命和能量密度有重要的影响，是锂离子电池技术进步的关键因素。目前，商业化的锂离子二次电池大多采用石墨等碳材料作为负极材料，相对于金属锂而言，电池的安全性确实有了很大的提高。但是，由于碳电极与金属锂的电极电位相近，在充电时，仍可能在电极表面析出金属锂。因此碳材料的使用未能从根本上解决锂离子电池的安全问题。与传统的石墨负极相比，钛酸锂作为锂离子电池负极的优势很明显：(1)钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(2*10-8cm2/s)，大巴与乘用车在不损伤电池的情况下可以实现10min速充；(2)具有较宽的温度适应性，钛酸锂负极体系的材料，在低温(-40℃)以及高温(60℃)有较好的表现，对于石墨负极体系难以跨越的低温和高温区域，钛酸锂优势明显；(3)钛酸锂表面不形成SEI膜，首次循环不会消耗锂离子，另外该材料嵌入锂离子和脱嵌，材料体积不会发生变化，属于零应变材料，这将有助于锂离子电池循环寿命的提高，实际应用检测中，钛酸锂循环寿命可以达到惊人的30000周，容量保持率达80％以上；(4)由于钛酸锂电势比金属锂高，因此在钛酸锂为负极的表面不易生成锂晶枝，这就避免了在长周期循环过程中的由于锂晶枝刺穿隔膜发生安全隐患。但钛酸锂负极材料也有一定的缺点，比如在使用过程中容易产生气体，钛酸锂无法得到大批量应用的主要瓶颈之一为钛酸锂导电性差，充电电压高，导致电解液被分解产生气体，制备的电池存在鼓包现象。为了解决钛酸锂负极材料导电性能差、充电电压高、电池鼓包的问题，目前采用的主要对策是对钛酸锂进行掺杂和包覆复合改性。其中掺杂是通过将惨杂离子掺入Li4Ti5O12的晶格中，取代晶格中的某种离子，在晶格中产生自由电子或电子空穴；复合是通过在Li4Ti5O12主体中加入具有高容量的或高导电性的其它材料来提高Li4Ti5O12材料的容量或导电性。但是这两种工艺操作复杂，耗时较长。如申请号为201610978942.6的专利技术专利提供了一种碳包覆钛酸锂材料的制备方法，以气相沉积法，采用含碳气相化合物为碳源，其在高温下裂解成石墨化结构的碳并以膜状结构在碳酸锂表面均匀包覆，均匀的碳膜可以提高钛酸锂的导电性和锂离子传输能力，从而提高其倍率性能，同时碳膜可以阻止钛酸锂和电解液直接接触，抑制钛酸锂产气，提高锂离子电池的安全性和电化学性能。该专利还提供了一种上述方案所述的制备方法所制备的碳包覆钛酸锂材料，所述包覆为全包覆。该专利还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的负极材料为碳包覆钛酸锂材料。该专利采用的是在钛酸锂表面均匀沉积一层碳膜进行改性的方法，由于碳导电剂只是分布在钛酸锂表面层，并没有与钛酸锂混合均匀，所以得到的电池材料的导电性、容量利用率、大倍率放电性能都有限，并没有得到很大的提高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可提高电池材料的导电性、降低充电电压，并消除电池的鼓包现象的钛酸锂负极材料的制备方法及锂离子电池。本专利技术提供的钛酸锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锂盐与二氧化钛按锂原子与钛原子的摩尔比为4：5混合均匀，放入密封容器中，抽真空；(2)将密闭容器加热到800-1000℃，持续通入乙炔气体3-8小时；(3)自然冷却，得到与碳纳米混合均匀的钛酸锂负极材料。所述锂盐为氢氧化锂或碳酸锂。所述乙炔气体的气体流量为5-10mL/s。本专利技术提供的锂离子电池，其负极材料为采用上述制备方法所制备的钛酸锂负极材料。本专利技术的有益效果是，通过在钛酸锂的生产过程中，生成碳纳米，使两者充分混合均匀，提高钛酸锂的导电性，降低过电位，使电解液不分解，从而解决电池鼓包的问题。具体实施方式实施例1：称取4mol氢氧化锂与5mol二氧化钛进行混合，放入密封容器中，抽真空，将密封容器加热到800℃，同时通入乙炔气体，气体流量为5mL/s，持续3小时，自然冷却，得到钛酸锂负极材料。正极采用长沙瑞祥的钴酸锂，将钴酸锂与聚偏氟乙烯(PVDF)、N-甲级吡咯烷酮(NMP)混合搅拌均匀，涂敷在铝箔上，烘干、滚压、切片；负极采用上述方法制备的钛酸锂负极材料，将其与羧甲基纤维素钠(CMC)和水混合搅拌均匀，涂敷在铜箔上，烘干、滚压、切片；隔膜采用cegard23，将正极、负极片隔膜进行卷绕，入壳，注入电解液，电解液采用1mol/L的六氟磷酸锂有机液，制作方形900mAh电池，规格为5*34*50mm，完成封口后，45℃烘烤3天。0.02C充电到4.1V截至，0.2C放电到3.0V。将制得的锂离子电池进行如下测试：1、测试电池0.5C容量；2、将电池0.2C充满电，50C放电到2.0V，记录放电容量；3、将电池常温0.2C充满电，-20℃下搁置4小时后，2C放电到2.0V，记录放电容量。测试结果见表1。实施例2：称取4mol氢氧化锂与5mol二氧化钛进行混合，放入密封容器中，抽真空，将密封容器加温到800℃，同时通入乙炔气体，气体流量是8mL/s，持续5小时，自然冷却，得到钛酸锂负极材料。正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。测试结果见表1。实施例3：称取2mol碳酸锂与5mol二氧化钛进行混合，放入密封容器中，抽真空，将密封容器加温到800℃，同时通入乙炔气体，气体流量是10mL/s，持续7小时，自然冷却，得到钛酸锂负极材料。正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。测试结果见表1。实施例4：称取4mol氢氧化锂与5mol二氧化钛进行混合，放入密封容器中，抽真空，将密封容器加温到900℃，同时通入乙炔气体，气体流量是5mL/s，持续3小时，自然冷却，得到钛酸锂负极材料。正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。测试结果见表1。实施例5：称取4mol氢氧化锂与5mol二氧化钛进行混合，放入密封容器中，抽真空，将密封容器加温到1000℃，同时通入乙炔气体，气体流量是5mL/s，持续3小时，自然冷却，得到钛酸锂负极材料。正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。测试结果见表1。对比例1：称取4mol氢氧化锂与5mol二氧化钛进行混合，放入密封容器中，抽真空，将密封容器加温到800℃，持续3小时，自然冷却，得到钛酸锂负极材料。正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。测试结果见表1。对比例2：称取4mol氢氧化锂与5mol二氧化钛进行混合，放入密封容器中，抽真空，将密封容器加温到800℃，持续3小时，自然冷却，再加入10g乙炔黑，混合均匀，得到钛酸锂负极材料。正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。测试结果见表1。对比例3：称取200gLi4Ti5O12，置于密封容器中，抽真空，通入乙炔气体，气体流量是5mL/s，将密封容器加温到800℃，持续3小时，自然冷却，得到钛酸锂负极材料。正极的制作方法，锂离子电池的制备和测试方法，同实施例1。测试结果见表1。表1实施例与对比例的锂离子电池的性能比较1、通过比较实施例1～实施例3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锂盐与二氧化钛按锂原子与钛原子的摩尔比为4：5混合均匀，放入密封容器中，抽真空；(2)将密闭容器加热到800‑1000℃，持续通入乙炔气体3‑8小时；(3)自然冷却，得到与碳纳米混合均匀的钛酸锂负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锂盐与二氧化钛按锂原子与钛原子的摩尔比为4：5混合均匀，放入密封容器中，抽真空；(2)将密闭容器加热到800-1000℃，持续通入乙炔气体3-8小时；(3)自然冷却，得到与碳纳米混合均匀的钛酸锂负极材料。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢红波，陈海初，陈振兵，
申请(专利权)人：湖南格兰博智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43