锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备方法，包括：１）按比例称取锂盐和二氧化钛，加入分散剂，球磨法充分混合，然后真空烘干制得前驱体；２）将制得的前驱体在７５０～１０００℃下焙烧８～２０ｈ，制得钛酸锂；３）通过浸渍蒸干法将碳源物质包覆在制得的钛酸锂表面；４）将包覆有碳源物质的钛酸锂置于管式炉中，在惰性气体保护下，在７５０～１０００℃下焙烧０．５～５ｈ，得到碳包覆型钛酸锂。本发明专利技术的制备方法通过碳包覆材料的热解反应在钛酸锂表面形成化学包覆碳，这种包覆碳与钛酸锂材料表面接触更牢固紧密，从而大大改善了材料的电子导电能力，有效提高了材料的倍率充放电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池负极材料，特别是涉及一种利用碳源物质化学 热解制备锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的方法。
技术介绍
目前，锂离子电池用负极材料的研究重点正朝着高比容量、高充放电 效率、高循环性能和耐高倍率充放电的动力型电池材料方向发展。现有产 商品化的锂离子电池用负极材料是碳负极材料，但是碳负极材料存在一些 缺陷，如首次放电过程中生成SEI膜(固体电解质界面膜)，造成不可逆 容量损失，高温可能导致电池失效或引起安全性问题，大电流充放电性能 较差等，这些问题使得该材料已经不能满足高效电池尤其是动力电池的需 求。与碳负极相比，尖晶石型钛酸锂(Li4TiA2)材料具有很多优点，如1) 具有较高的固相离子传导率，因而具有良好的快速充电性能，IOCA充电容 量〉80XD0D (放电深度)；2)钛酸锂材料在电池首次充放电过程中不需要 形成SEI膜，具有较高的能量转换效率；3)钛酸锂材料在充电过程中不形成 锂金属或合金，具有较高的安全性；4)钛酸锂材料在循环过程中晶体结构 稳定，具有良好的循环稳定性。因此钛酸锂材料可作为锂离子动力电池的 良好负极材料，是目前锂离子电池负极材料研究的热点。但是由于钛酸锂材料是一种半导体材料，因而电子导电性较差，倍率 充放电性能欠佳。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是改善钛酸锂材料的电子导电能力、有效提 高材料的倍率充放电性能。为此，本专利技术提供了一种，包括以下步骤1) 按摩尔比Li: Ti二 (0.81 0.87): 1的比例称取锂盐和二氧化钛， 加入分散剂，球磨法充分混合，然后真空烘干制得前驱体，所述的分散剂 与球磨混合物的质量比为(1 3): 4;2) 将制得的前驱体在750 100(TC下焙烧8 20h，制得钛酸锂；3) 通过浸渍蒸干法将能溶于无水乙醇或丙酮的碳源物质包覆在制得的 钛酸锂表面；4) 将包覆有碳源物质的钛酸锂置于管式炉中，在惰性气体保护下，在 750 1000。C下焙烧0.5 5h，得到碳包覆型钛酸锂，碳的包覆量为产物总 质量的1 15%。上述的浸渍蒸干法为将碳源物质溶于无水乙醇或丙酮，然后置于恒温 水浴中，机械搅拌20 120分钟后缓慢加入钛酸锂，水浴温度为60 90°C，蒸干溶剂，得到包覆有碳源物质的钛酸锂。本专利技术提供的另一种，包括 以下步骤1) 按摩尔比Li: Ti= (0.81 0.87): 1的比例称取锂盐和二氧化钛，加入碳源物质和分散剂，球磨混合、烘干得到混合均匀的前驱体；2) 将前驱体置于管式炉中，在惰性气体保护下，在750 100(TC下焙 烧8 20h，得到碳包覆型钛酸锂，碳的包覆量为产物总质量的1 15%。上述的分散剂为蒸馏水、无水乙醇或丙酮。上述的碳源物质选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚丙烯腈、聚 乙烯、聚丙烯、聚苯萘和糖类中的一种或几种。上述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂、硝酸锂、磷酸锂、氯酸锂 和草酸锂中的一种或几种。上述的球磨法的球磨时间为2 10小时，真空烘干温度为80 120°C、 时间为12 36小时。上述的惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气和C02气体中的一种或几种。两种制备方法的不同之处在于，第1种方法是使碳源物质在成品钛酸 锂颗粒表面热解，得到碳包覆型钛酸锂；第二种方法是使碳源物质在钛酸锂合成过程中热解，得到碳包覆型钛酸锂。本专利技术的通过碳包覆材料的 热解反应在钛酸锂表面直接形成化学包覆碳，这种包覆碳与钛酸锂材料表 面接触更牢固紧密，从而可以大大改善材料的电子导电能力，有效提高材 料的倍率充放电性能。附图说明图1是本专利技术的制备方法的流程图2是碳包覆型钛酸锂材料I与碳酸锂材料的首次(0. 1C)的充放电 曲线图3是碳包覆型钛酸锂材料II与碳酸锂材料的首次(0. 1C)的充放电 曲线图4是碳包覆型钛酸锂材料m与碳酸锂材料的首次(0. 1C)的充放电曲线图5是钛酸锂与碳包覆型钛酸锂材料i 、 n、 m的倍率性能对比曲线；图6是碳包覆量对材料首次放电比容量的曲线图； 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的进 行详细说明。首先，如图1所示，本专利技术的制备方法包括以下步骤1) 按摩尔比Li: Ti二 C0.81 0.87): 1的比例称取锂盐和二氧化钛，所述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂、硝酸锂、磷酸锂、氯酸锂和草 酸锂中的一种或几种，然后加入分散剂蒸馏水、无水乙醇或丙酮，分散剂与球磨混合物的质量比为(1 3): 4，通过球磨法充分混合，球磨时间为 2 10小时，然后在80 120°C下真空烘干12 36小时制得中，前驱体 (S10);2) 将制得的前驱体在750 1000°C下焙烧8 20h，制得钛酸锂(S20);3) 通过浸渍蒸干法将能溶于无水乙醇或丙酮的碳源物质包覆在制得的钛酸锂表面(S30)，所述的碳源物质选自酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚苯萘和糖类中的一种或几种，所述的浸渍蒸干法具体为将碳源物质溶于无水乙醇或丙酮，然后置于恒温水浴中，机械搅拌20 120分钟后缓慢加入钛酸锂，水浴温度为60 90°C，蒸干溶剂，得到包覆有碳源物质的钛酸锂；4)将包覆有碳源物质的钛酸锂置于管式炉中，在惰性气体保护下，在 750 100(TC下焙烧0.5 5h，得到碳包覆型钛酸锂(S40)，碳的包覆量为 产物总质量的1 15%，所述的惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气和C02 气体中的一种或几种。在此方法中，碳源物质在钛酸锂颗粒表面直接热解生成一层致密、均 匀的碳，合成碳包覆型钛酸锂。另外，本专利技术还提供了另外一种锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备 方法，其与第1种方法不同的是，此方法中碳源物质在钛酸锂合成过程中热解，从而在钛酸锂颗粒表面生成一层致密、均匀的碳，具体为1)按摩 尔比Li: Ti= (0.81 0.87) : 1的比例称取锂盐和二氧化钛，加入碳源物质和分散剂，球磨混合、烘干得到混合均匀的前驱体；2)将前驱体置于管式炉中，在惰性气体保护下，在750 100(TC下焙 烧8 20h，得到碳包覆型钛酸锂，碳的包覆量为产物总质量的1 15%。下面结合具体实施例对上述两种方法进行具体说明。实施例1取碳酸锂25.9 g， Ti0266. 1 g，分散剂水45 ml，置于球磨罐中，以 转速40 Hz，球磨混合4h，烘干即得前驱体；前驱体置于马弗炉中焙烧， 温度为900°C，时间为14h，得到钛酸锂。测得产物颗粒的中位径 D50=16. 1 u m，比表面为2. 9 m2/g。选取的碳源物质为酚醛树脂，取酚醛树脂5.0g，加入100 ml无水乙 醇中，70oC水浴，机械搅拌30分钟令树脂充分溶解，之后缓缓加入钛酸 锂粉末30g，快速搅拌直至乙醇蒸干为止，所得膏状物置于管式炉中焙烧， 氩气保护，焙烧温度850。C，焙烧时间2h。所得产物记为碳包覆型钛酸锂材料I 。测得碳包覆型钛酸锂材料I中碳的包覆量为5. 1%，产物颗粒的中位径D50二16. 6um，比表面为3. 5 m7g。 实施例2取LiOH'H20 11. lg， Ti02 26. 1 g，酚醛树脂5. 0克，分散剂无水乙醇 17 ml，置于球磨罐中，以转速40 Hz，球磨混合4 h，烘干即得前驱体， 前驱体置于管式炉中焙烧，氮气保护，温度900。C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用碳包覆型钛酸锂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：　１）按摩尔比Ｌｉ∶Ｔｉ＝（０．８１～０．８７）∶１的比例称取锂盐和二氧化钛，加入分散剂，球磨法充分混合，然后真空烘干制得前驱体，所述的分散剂与球磨混合物的质量比为（１～３）∶４；　２）将制得的前驱体在７５０～１０００℃下焙烧８～２０ｈ，制得钛酸锂；　３）通过浸渍蒸干法将能溶于无水乙醇或丙酮的碳源物质包覆在制得的钛酸锂表面；　４）将包覆有碳源物质的钛酸锂置于管式炉中，在惰性气体保护下，在７５０～１０００℃下焙烧０．５～５ｈ，得到碳包覆型钛酸锂，碳的包覆量为产物总质量的１～１５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宁，吕菲，李磊，吴孟涛，
申请(专利权)人：天津巴莫科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]