一种锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池负极材料钛铌酸锂及其制备方法，该负极材料通式为Li4xTi4x+1Nb2(1‑x)O7+5x，其中，0＜x＜1。该电池负极材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：将钛源和铌源混合；加入锂源，混合均匀；步骤二：将上述混合物在保护性气氛中450‑1100℃保温，保温时间10‑14h。本发明专利技术制备的钛铌酸锂电池负极材料具有高容量和好的循环性能，在100个循环周期后仍保持大于130mAh/g的容量。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子动力电池材料领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
近年来随着3C数码产品、储能、通信及新能源汽车领域的迅速发展，人们对锂离子电池的性能要求越来越严苛。尖晶石钛酸锂是一种“零应变”材料，具有循环性能好、充放电电压平台稳定、安全性好、易制备等优点，是一种极具使用潜能的负极材料。但是钛酸锂材料放电容量低，且电子和离子导电能力较弱，循环性能差，限制了其在商业中的大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高容量和好的循环性能的锂离子电池负极材料钛铌酸锂及其制备方法。技术方案如下：本专利技术提供了一种锂离子电池负极材料，其通式为Li4xTi4x+1Nb2(1-x)O7+5x，其中，0＜x＜1。优选地，所述电池负极材料中还含有质量比为1％-4％的碳。本专利技术还提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将钛源和铌源混合；加入锂源，混合均匀；步骤二：将上述混合物在保护性气氛中450-1100℃保温，保温时间10-14h。优选地，在所述步骤一中，在加入锂源的同时，还加入有碳源。优选地，所述步骤一中钛源和铌源混合后还进行以下预处理：将混合后的钛源和铌源在500-800℃加热2-4h，然后破碎、筛分。优选地，所述预处理时升温速度≤5℃/min。优选地，所述钛源为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛或板钛型二氧化钛；所述铌源为氢氧化铌和/或氧化铌；所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂中的一种或几种；所述碳源为蔗糖、葡萄糖、淀粉中的一种或几种。优选地，所述步骤二中的保温分两时段进行，第一段，以≤5℃/min的速度升至450-690℃，恒温保温2-4h；第二段，以≤3℃/min的速度继续升温至900-1100℃，恒温保温8-10h，然后自然冷却至室温。优选地，所述第一段保温温度为690℃。优选地，所述保护性气氛为氮气或氩气气氛。本专利技术的有益效果：本专利技术制备的钛铌酸锂电池负极材料，具有高容量和好的循环性能。本专利技术制备的钛铌酸锂负极材料在100个循环周期后仍保持大于130mAh/g的容量。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。实施例11、锂离子电池负极材料的制备：①称取0.9mol二氧化钛(锐钛型)、0.4mol五氧化二铌、0.2mol碳酸锂，在砂磨机上混合均匀；②将混合后的物料置于管式炉中，通入氩气作为保护气体，升至690℃保温2h，然后升温至965℃保温10h然后自然冷却至室温；③将步骤②得到的物料进行破碎，过250目筛，最终得到负极材料钛铌酸锂Li0.8Ti1.8Nb1.6O8。2、电性能测试：将制得的Li0.8Ti1.8Nb1.6O8与超导碳、聚偏氟乙烯按照8：1：1的质量混合均匀后，加入N-甲基吡咯烷酮，继续搅拌直至物料具有流动性后，将该浆料涂覆于铜箔上，干燥、裁片，得到极片。将该极片放入手套箱中，以金属锂片为对电极，采用聚丙烯隔膜，1mol/L的LiPF6/EC+DEC+EMC(其中，EC为碳酸乙烯酯，DEC为碳酸二乙酯，EMC为碳酸甲乙酯，三者的体积比为1:1:1)溶液为电解液，在充满干燥氩气的手套箱中组装成CR2032型扣式电池。测试性能：制得的电池电性能测试恒流测试仪上进行，本专利技术所有的充放电测试均为恒流充放电，电压区间为1.0V-3.0V，测试温度为25±2℃。测试过程及步骤如下：⑴0.1C放电至1.0V；⑵静置2min；⑶0.1C充电至3.0V；⑷静置2min；⑸循环100次。测试结果见表1。实施例2制备一种钛铌酸锂负极材料，步骤如下：①称取4.9996mol二氧化钛(锐钛型)和0.0002mol氢氧化铌用V型混合机混合均匀。②将混合后的物料置于马弗炉中，升至500℃，保温2h，然后自然冷却至室温，然后进行破碎，过250目筛；③称取1.3332mol碳酸锂和1.3332mol硝酸锂的混合物，加入步骤②中得到的物料，再加入4.59g碳纳米管，用滚筒式罐磨机混合均匀；④将混合后的物料置于管式炉中，通入氮气作为保护气体，升温至1100℃保温10h，然后自然冷却至室温；⑤将步骤④得到的物料进行破碎，过250目筛，最终得到负极材料钛铌酸锂Li3.9996Ti4.9996Nb0.0002O11.9995/C。采用和实施例1相同的方法进行电性能测试。测试结果见表1。实施例3制备一种钛铌酸锂负极材料，步骤如下：①称取3.9996mol硝酸锂、4.9996mol二氧化钛(锐钛型)、0.0001mol五氧化二铌和4.59g导电炭黑，在滚筒式罐磨机上混合4h，频率400Hz；②将混合后的物料置于管式炉中，通入氩气作为保护气体，气体流量先以1L/min通入30min之后，将其改为0.1L/min，以5℃/min的速度升至600℃保温2h，然后以3℃/min的速度升温至970℃保温10h，然后自然冷却至室温；③将步骤②得到的物料进行破碎，过250目筛，最终得到负极材料钛铌酸锂Li3.9996Ti4.9996Nb0.0002O11.9995/C。采用和实施例1相同的方法进行电性能测试。测试结果见表1。实施例4制备一种钛铌酸锂负极材料，步骤如下：①称取1.0004mol二氧化钛(金红石型)和1.9998mol氢氧化铌用V型混合机混合均匀。②将混合后的物料置于马弗炉中，以5℃/min的速度升至800℃，保温4h，然后自然冷却至室温，然后进行破碎，过250目筛；③称取0.0002mol硝酸锂和0.0002mol氢氧化锂，加入步骤②中得到的物料及17.29g葡萄糖，用滚筒式罐磨机混合均匀；④将混合后的物料置于管式炉中，通入氩气作为保护气体。以5℃/min的速度升至600℃保温2h；然后以3℃/min的速度继续升温至900℃保温8h，然后自然冷却至室温；⑤将步骤④得到的物料进行破碎，过250目筛，最终得到负极材料钛铌酸锂Li0.0004Ti1.0004Nb1.9998O7.0005/C。采用和实施例1相同的方法进行电性能测试。测试结果见表1。实施例5制备一种钛铌酸锂负极材料，步骤如下：①称取1.9998mol碳酸锂、4.9996mol二氧化钛(金红石型)、0.0002mol氢氧化铌和18.36g碳源，所述碳源为质量比为1：1：1的碳纳米管、石墨烯、导电碳黑的混合物，在滚筒式罐磨机上混合4h，频率400Hz；②将混合后的物料置于管式炉中，通入氮气作为保护气体，气体流量先以1L/min通入30min之后，将其改为0.1L/min。以5℃/min的速度升至690℃保温2h，然后以3℃/min的速度升温至950℃保温10h，然后自然冷却至室温；③将步骤②得到的物料进行破碎，过250目筛，最终得负极材料到负极材料钛铌酸锂Li3.9996Ti4.9996Nb0.0002O11.9995/C。采用和实施例1相同的方法进行电性能测试。测试结果见表1。实施例6制备一种钛铌酸锂负极材料，步骤如下：①称取3.9996mol一水氢氧化锂、4.9996mol二氧化钛(板钛型)和0.0001mol五氧化二铌，再加入18.36g石墨烯，再在滚筒式罐磨机上混合4h，频率400Hz。②将混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极材料，其通式为Li4xTi4x+1Nb2(1‑x)O7+5x，其中，0＜x＜1。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料，其通式为Li4xTi4x+1Nb2(1-x)O7+5x，其中，0＜x＜1。2.一种如权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，所述电池负极材料中还含有质量比为1％-4％的碳。3.一种如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将钛源和铌源混合；加入锂源，混合均匀；步骤二：将上述混合物在保护性气氛中450-1100℃保温，保温时间10-14h。4.一种如权利要求3所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，在加入锂源的同时，还加入有碳源。5.一种如权利要求3或4所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中钛源和铌源混合后还进行以下预处理：将混合后的钛源和铌源在500-800℃加热2-4h，然后破碎、筛分。6.一种如权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨书廷，贾伟晓，郑延辉，董红玉，
申请(专利权)人：河南电池研究院有限公司，河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41