钛酸锂/C复合电极材料及其制备方法技术

钛酸锂／Ｃ复合电极材料，其特征在于：它是以二氧化钛为钛源，高分子羧酸锂盐为锂源和碳源，通过６００℃～９００℃固相反应制备而成，其中Ｃ含量为１．０～１５．０ｗｔ％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛酸锂/C复合电极材料及其制备方法，特别是一种用于锂离子电池的高 充放电倍率的钛酸锂电极复合材料及其制备方法，属于电化学电源领域。
技术介绍
随着电子设备向小型化和微型化发展，锂离子电池的研究与应用越来越得到重视。随着 电动汽车的发展，高功率型动力电池也成为了锂离子电池研究的热点。尖晶石型钛酸锂 Li4Ti5(^2作为新型储能电池的电极材料日益受到重视，这是因为尖晶石型Li4Ti5(^2是一种" 零应变"材料，它在锂离子嵌入-脱嵌过程中能够保持晶体结构的高度稳定性。Li4Ti50^特 有的结构特点避免了在充放电循环中由于电极材料的反复伸縮而导致结构的破坏，使 Li4Ti5(^2具有优异的循环性能。制约Li4Ti50^材料应用的主要障碍是高倍率充放电性能差，在高倍率充放电条件下电池 容量衰减较大。因此要使Li4Ti5(^2能达到实用化，需提高钛酸锂材料的充放电高倍率性能， 同时还要保持其高可逆电化学容量和良好的循环稳定性。目前能够改善Li4Ti5C^倍率性能的方法主要有制备纳米粒径Li4Ti;A2、 1^4115012本体 掺杂和引入导电相。① 合成纳米尺寸Li4Ti5(^2，可增大电极活性材料与电解液的接触面积，有利于锂离子快 速嵌入和脱出，同时可縮短锂离子的迀移路径，减小锂离子的扩散阻力，保证锂离子在高倍 率条件下能快速嵌入和脱出。目前多采用溶胶-凝胶法制备纳米粒径的Li4Ti5(^2。溶胶-凝胶 法具有化学均匀性好、热处理温度低、粉体颗粒粒径小且分布均匀、粉体烧结性能好、反应 过程易于控制、设备简单，但干燥时收縮大、工业化生产难度大，合成周期长，难以实现大 规模工业化生产以满足能源领域的大量要求。② 对Li4Ti5(^2进行金属阳离子掺杂，以提高Li4Ti5(^2材料的电子电导率。研究表明，通 过阳离子掺杂可较好提高Li4Ti5(^2的导电性，但对于提高Li4Ti5(^2的充放电高倍率性能效果 不明显。同时部分掺杂也在一定程度上降低了材料的电化学性能。③ 引入高导电相，向Li4Ti5(^2粉体中引入少量电导率较高的第二相(如金属、碳)充当 导电介质，均匀分散或包覆在Li4Ti5(^2颗粒表面，制备Li4Ti5C^/高导电相复合材料，以增 强主相粒子之间的电子导电能力，提高复合电极材料的导电性能。温兆银(公开号CN1588677A)公开了向Li4Ti5C^中加入Ag作为电子导电剂有效地改善了其高倍率性能。然而， 用Ag作为添加剂改善Li4Ti5(^2的电导率成本高，难以满足能源领域的大量要求。在J. Power Sources 126 (2004) 163中，A. Guerfi等通过研究发现，采用电导率较 高的碳材料对Li4Ti5(^2改性能改善其倍率性能，是因为碳对Li4Ti50^的改性作用主要表现为 :①作还原剂，促进本体粉末中的反应，加快锂离子在Li4Ti50^粒子间的扩散；②高温下抑 制颗粒的增大效应，并促进生成链状结构的小粒子团聚体；③充当导电桥，形成连接活性颗 粒物质的导电网络，提高电子电导率；④增加粒子和粒子之间的电接触，缓和由于粒子长大 产生的内应力。岳敏(公开号CN 101000960A)公开了采用纳米碳包覆碳材料或掺杂改性 剂掺杂改性Li4Ti5C^，有效地改善了Li4Ti5(^2的容量发挥和循环性能。王荣顺(公开号CN 1978524 A)公开了采用高导电高比表面积聚并苯或酚醛树脂高温裂解，制备碳包覆 Li4TisC^2的复合材料，其首次放电比容量O. 3C时为155-162 mAh/g， 2C时为140-150 mAh/g， 9C时为95-110 mAh/g。然而上述方法采用采用外加碳源，并通过物理方法包覆，难以制备性 能均一的碳包覆复合Li4Ti5(^2电极材料，且由于增加了反应相，也增加了制备难度。目前未见以高分子羧酸锂盐为锂源和碳源，化学方法原位合成的Li4Ti50^/C复合电极材 料的报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备方法简单的具有高充放电倍率性能的 Li4Ti5O12/C复合电极材料。本专利技术的技术方案以二氧化钛为钛源，高分子羧酸锂盐为锂源，高分子羧酸锂盐的碳 骨架裂解产物为碳源，通过固相反应制备具有高充放电倍率性能的Li4Ti5C^/C复合电极材料具体地，本专利技术是将高分子羧酸锂盐水溶液与二氧化钛混合，采用机械混合碾磨使之达到充分分散均匀，干燥得到前驱体，在惰性气氛保护下进行高温固相反应合成Li4Ti50^/C复 合电极材料。其中，固相反应的温度为60(TC 90(rC，最佳的温度范围为75(TC 85(rC;反 应时间为4 24小时，最佳的时间范围为10 18小时。其中，二氧化钛为锐钛矿晶型，粉体粒径为0.01 5.00ym。所述的高分子羧酸锂盐是指水溶性高分子羧酸形成的锂盐，如聚丙烯酸锂、聚甲基丙烯 酸锂、聚马来酸锂或它们的共聚物，平均分子量范围为2000 100000，其最佳范围为5000 20000。机械混合碾磨方式可以是球磨、胶体磨、砂磨等工业常用的分散与破碎方式，在本专利技术5中无特殊指定。惰性保护气氛可以是氮气、氩气等惰性气体。根据本专利技术方法制备的Li4Ti50^/C复合电极材料为灰至黑色粉末，炭含量为l. 0 15.0%，最佳范围为3. 0 6. 0%，在O. 2C充放电时材料的克容量S 140 mAh/g，在8. OC充放电 时材料的克容量S IOO mAh/g。采用本专利技术提供的制备方法所制备的Li4Ti50^/C复合材料具有高的充放电倍率特性，并 具有较大的克容量。该方法具有价格低廉、工序简单、产物性能优良等特点。由该方法制备 出的Li4Ti50^/C复合电极材料可广泛应用于移动通信以及各种便携式电子设备和各种电动车 所需的锂离子电池。具体实施例方式本专利技术Li4Ti5C^/C复合电极材料的制备方法如下a、 制备高分子羧酸锂盐在高分子羧酸水溶液中加入LiOH H20进行中和反应，获得高 分子羧酸锂盐的水溶液；b、 按锂钛mol比为4.0 4.2 : 5的比例，将高分子羧酸锂盐水溶液中加入二氧化钛混 合，采用机械混合碾磨使之达到充分分散均匀，干燥得到前驱体；c、 前驱体在60(TC 90(TC惰性气氛保护下进行固相反应4 24小时合成Li4Ti5C^/C复合 电极材料。以下通过非限定性实施例更具体详细的描述，将有助于本专利技术的理解，本专利技术的保护范 围不受这些实施例的限定，本专利技术的保护范围由权利要求来决定。实施例l本专利技术Li4Ti5C^/C复合材料的制备称取500克平均分子量为10000的浓度为30%的聚丙烯酸水溶液，加入88克LiOH 1120进行 中和，获得聚丙烯酸锂水溶液，然后按化学计量比Li : Ti = 4.02 : 5加入208克二氧化钛( Ti02)粉体，搅拌球磨分散4小时，得到聚丙烯酸锂-二氧化钛(PAALi-Ti02)混合物前驱物 浆料。浆料在12(TC左右温度烘干后得到前驱体。将前驱体置于氮气氛保护管式炉内进行 高温固相反应，控制升温速率为5'C/min，升温至80(TC并保温10小时，自然冷却后取出。电化学性能测试方法将实施例l所制得的钛酸锂材料、导电碳黑和水性粘合剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘中来，刘力，林子吉，杨克润，胡学步，邓正华，索继栓，
申请(专利权)人：成都中科来方能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：