一种锂离子电池负极材料及其制备方法，锂离子电池负极材料为一种可控价态钛酸锂，可用化学式表示：Li4Ti(IV)5-xTi(III)xO(12-x/2)，其中0＜x＜5；IV、III分别为Ti的价态。该可控价态钛酸锂结构为尖晶石结构，外观呈蓝色，具有良好导电性，固有电导率为10-3-10-8S/cm，其嵌锂电位＜1.55V(vs?Li/Li+)。制备方法包括：1)原料均匀混合；2)固相反应；3)预处理；4)固相烧结。本发明专利技术的负极材料制备的锂离子电池具有电压高，倍率充放电性能优和能量密度高等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源材料
，特别是涉及一种。
技术介绍
随着能源危机的日益严峻，调整能源结构已迫在眉睫。人们一方面通过开发新能源来满足不断增长的需求，另一方面则选择合理利用可再生能源。在开发利用可再生能源的过程中，电能储存技术发挥着重要的作用。为解决电力系统在电力生产和消费中出现的均衡性问题及满足风电、光伏发电等波动性较强的新能源电力并网需要，大规模储能电站呼之欲出。目前可用于储能领域的化学电源主要有铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池。其中，铅酸电池性能稳定，但寿命太短，且能量密度过小；钠硫电池须保证300°C的工作温度；液流电池能量密度太低。锂离子电池则因其优异的综合性能，而成为研究的重点。 同时，锂离子电池因具有能量密度高等特点也成为电动汽车和混合动力汽车最具潜力的动力能源。车载锂离子电池市场于2009年出现后，锂离子电池在电动汽车中的应用已成趋势，各大国都斥巨资进行扶持，对中国而言，更是被当作汽车产业“弯道超车”的希望。电动汽车的发展将为锂离子电池产业带来意义深远的机会，不远的将来，锂离子电池的动力电池市场就会超越其在消费电了产品中的已有市场。钛酸锂作为锂离子电池负极材料，可避免碳负极材料表面形成固体电解质膜和锂枝晶及锂离子电池在循环过程中由于体积变化造成的比容量衰减。钛酸锂的上述特点保证了钛酸锂锂离子电池极高的安全性能和循环寿命。此外，钛酸锂中锂离子具有三维网状扩散通道，其化学扩散系数约为2X10_8cm7s，几乎比石墨高一个数量级，适合快速充放电。 因此，以钛酸锂作为负极材料的锂离子电池有望在大型储能电站和车用动力电池中得到应用。尽管钛酸锂用于锂离子动力电池和大规模储能电池具有非常显著的优势，但目前钛酸锂存在的一些问题则严重阻碍了其商品化应用进程1)钛酸锂的导电率低，因其固有电导率为10_9S/Cm，使其呈现出绝缘体的特征。当大电流充放电时，其富集的电子将通过极化效应反过来限制锂离子的插入和脱出，而使得材料电化学性能恶化。2、钛酸锂的高脱嵌锂电位带来电池的低电压(1.55V vs Li+/Li)，与钴酸锂、锰酸锂等常规正极材料相配合制备的锂离子电池电压仅约2. 2V 2. 5V，比以石墨作为负极材料的锂离子电池要低约1. 5V 左右。因此如何提高钛酸锂的导电性及降低其锂脱嵌锂电位成为改善钛酸锂性能的重要课题。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，而提供一种电压高，安全性好，具有良好倍率充放电性能和更高能量密度的锂离子电池负极材料。本专利技术的目的还在于提供一种所述锂离子电池负极材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种锂离子电池负极材料，该锂离子电池负极材料为可控价态钛酸锂，其化学式为=Li4Ti (IV)5_xTi (III)x0(12_x/2)，其中，0 < χ < 5 ;IV、III分别为Ti的价态，该锂离子电池负极材料结构为尖晶石结构。该锂离子电池负极材料的固有电导率为10_3 10_8S/cm。该锂离子电池负极材料的嵌锂电位低于化学计量比的钛酸锂Li4Ti5O12的嵌锂电位。该锂离子电池负极材料的嵌锂电位为1. 50 1. 55V。该锂离子电池负极材料的可逆比容量为120mAh/g 170mAh/g，可实现1 20C倍率充放电。该锂离子电池负极材料的外观颜色为蓝色。本专利技术还提供了所述锂离子电池负极材料的制备方法，该方法包括如下步骤a、将锂源和钛源按锂、钛摩尔比Li Ti = 0. 80 0. 84 1混合均勻；b、将锂源与钛源的混合物在高温炉内以1 50°C /分钟的升温速度升温至600 1000°c，恒温3 72小时，随炉冷却至室温，得到化学计量比的钛酸锂纯相；C、将钛酸锂纯相先加入重量百分比为0. 5 10的添加剂及重量百分比为100 900%的溶剂，通过搅拌磨或者超细磨进行球磨混合，并通过加热蒸发干燥法、真空加热干燥法或者喷雾干燥法进行干燥，所述添加剂为葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚乙烯醇、酚醛树脂、环氧树脂和糠醛树脂中的一种或者多种，所述溶剂为去离子水、乙醇或丙酮；d、将干燥后材料放入高温炉，在惰性保护气体下以1 50°C /分钟的升温速度升温至600 900°C，恒温2 30小时，经过充分反应后，冷却至室温，获得可控价态钛酸锂。所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂或者硝酸锂，钛源为锐钛矿、金红石、无定形或者板钛矿型的二氧化钛。优选地，步骤b中，将锂源与钛源的混合物在高温炉内以5 20°C /分钟的升温速度升温至700 850°C，恒温12 48小时，随炉冷却至室温，得到化学计量比的钛酸锂纯相；步骤d中，将干燥后材料放入高温炉，在惰性保护气体下以5 20°C /分钟的升温速度升温至600 750°C，恒温6 M小时，经过充分反应后，冷却至室温，获得可控价态钛酸锂。优选地，步骤c中，将钛酸锂纯相先加入重量百分比为1 7. 5的添加剂及重量百分比为200 300的溶剂，通过搅拌磨或者超细磨进行球磨混合，并通过加热蒸发干燥法、 真空加热干燥法或者喷雾干燥法进行干燥，所述添加剂为葡萄糖、蔗糖、淀粉、聚乙烯醇、酚醛树脂、环氧树脂和糠醛树脂中的一种或者多种，所述溶剂为去离子水、乙醇或丙酮。本专利技术的贡献在于，其提供了一种新结构的锂离子电池负极材料。该负极材料在充放过程中，其充放电曲线与化学计量比的钛酸锂的充放电曲线相比，其电位向低电位偏移；同时可控价态钛酸锂具有较好导电性，即使在不添加导电剂的情况下亦可满足实际应用水平的充放电容量。本专利技术负极材料组装的锂离子电池具有电压高，安全性好，良好倍率充放电性能和更高能量密度等特点。附图说明图1是本专利技术的实施例1、实施例2制备的可控价态钛酸锂(呈蓝色)与对比实施例1制备的化学计量比的钛酸锂(呈白色)对比相片。图2是本专利技术的实施例1制备的可控价态钛酸锂的XRD图谱。图3是本专利技术的实施例1制备的可控价态钛酸锂(图中Blue LT0)与对比实施例 1制备的化学计量比的钛酸锂(图中White LT0)的XPS图谱。图4是本专利技术的实施例1制备的可控价态钛酸锂(图中Blue LT0)与对比实施例 1制备的化学计量比的钛酸锂(图中White LT0)的在不加导电剂的条件下装配成的扣式半电池0. 2C和IC倍率电流下的充放电曲线图。图5是本专利技术的实施例1制备的可控价态钛酸锂(图中Blue LT0)与对比实施例 1制备的化学计量比的钛酸锂(图中White LT0)在添加导电剂的条件下装配成的扣式半电池0. 2C和IC倍率电流下的充放电曲线图。图6是本专利技术的实施例1制备的可控价态钛酸锂(图中a)与对比实施例1制备的化学计量比的钛酸锂(图中b)在添加导电剂的条件下装配成的扣式半电池高倍率的充放电曲线图。具体实施方式下列实施例是对本专利技术的进一步解释和说明，对本专利技术不构成任何限制。为了测试采用本专利技术提供的锂离子电池负极材料的电化学性能，将本专利技术中的锂离子电池负极材料可控价态钛酸锂(LTO)与粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)、导电剂Super P-Li (SP)、溶剂 N-甲基吡咯烷酮(NMP)按 LTO PVDF SP NMP = 80 10 10 80 或90 10 0 80的质量比搅拌混合制备成浆料，涂覆在铝箔表面，制成负极，以金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴泽轶，闻雷，李峰，蒋勇明，成会明，
申请(专利权)人：深圳市金润能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。