一种锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池负极材料及其制备方法，所述锂离子电池负极材料即为变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料，按摩尔比计算，即钛酸锂中的锂：变价金属氧化物中的金属为4：0.01～0.30。其制备方法即将钛酸锂，变价金属化合物进行机械混合均匀后，加入分散剂球磨、真空干燥后再次球磨、压片，最后在惰性气体的保护下升温至300～600℃进行烧结3～20h后降至室温，即得锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料。本发明专利技术的锂离子电池负极材料的比容量、快速充放电性能及循环稳定性优异，其制备方法具有原料来源丰富，制备工艺简单，适合于工业化规模生产等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电池关键材料，特别涉及一种锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着科技的发展，各种日益普及的便携式电子产品、发展中的电动汽车等，都对电池能源的能量密度、使用寿命等诸多方面提出了更高的要求。在众多电池中，锂离子电池具有电压高、比能量高、循环寿命长、无环境污染等特点，已经得到广泛的应用。近年来，尖晶石钛酸锂Li4Ti5O12作为新型储能电池的电极材料日益受到重视，这是因为尖晶石型钛酸锂在锂离子脱-嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，晶格常数变化很小，所以钛酸锂被称为“零应变”电极材料。该种电极材料循环性能好，稳定性高，嵌锂电位高(1.55VvsLi/Li+)而不易引起金属锂析出、库伦效率高、锂离子扩散系数(2 X 10-8cm2/s )比碳负极高一个数量级等优良特性，因此具有充放电次数更多、充放电过程更快、更安全的特性，使其成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池负极材料。但是现有技术钛酸锂材料的导电性差(固有导电率10_9S/Cm)，高倍率充放电性能差等限制了其商品化。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为了解决现有技术中锂离子电池负极材料即钛酸锂材料电子导电性差及高倍率充放电性能差等的技术问题而提供一种锂离子电池负极材料即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料。本专利技术的目的之二是提供上述的一种锂离子电池负极材料即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料的制备方法。本专利技术的技术方案 一种锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料，按摩尔比计算，其中钛酸锂中的锂:变价金属氧化物中的金属为4:0.01 0.30 ; 所述的变价金属氧化物为 Cu0、Mn02、Fe203、Sn02、Pb02、Cr203、V205、Ni203 及 Co3O4 中的一种或两种以上组成的混合物。上述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，具体步骤如下: 将钛酸锂Li4Ti5O12,变价金属化合物进行机械混合均勻后,加入分散剂球磨I 2h,控制温度为80 110°C真空干燥后继续球磨0.5 lh，得前驱体； 上述所用的变价金属化合物中的金属、钛酸锂Li4Ti5O12中的锂和分散剂按照摩尔比计算，即变价金属化合物中的金属:钛酸锂Li4Ti5O12中的锂:分散剂为0.01 0.3:4:0.15 50 ； 将上述所得的前驱体控制压力为8 20Mpa进行压片，然后在惰性气体的保护下控制升温速率I 20°C /min升温至300 60(TC进行烧结3 20h后降至室温，球磨I 2h即得锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料。所述的变价金属化合物为变价金属氧化物、变价金属氢氧化物、变价金属齒化物、变价金属硝酸盐及变价金属铵盐中的一种或两种以上组成的混合物； 其中所述的变价金属氧化物为 CuO、MnO2, Fe203、SnO2, PbO2, Cr2O3> V2O5, Ni2O3 或 Co3O4,优选为 CuO、Ni2O3 或 Co3O4 ；所述的变价金属氢氧化物为 Cu (OH) 2、Mn (OH) 3、Fe (OH) 3、Sn (OH) 4、Pb (OH) 2、Cr (OH) 3、V2O5.XH2O、Ni (OH) 2 或 Co (OH) 2 ；所述的变价金属卤化物为 CuCl2.2H20、MnCl2.2H20、FeCl3.6H20、SnCl4.5H20、PbCl2、CrCl3.6H20、VC13、H12ClNiO6 或 CoCl2.6H20，优选为 FeCl3.6H20 ；所述的变价金属硝酸盐为 Cu (NO3) 2、Mn (NO3)2.4H20、Fe (NO3) 3 AH2CKSn (NO3) 2、Pb (NO3)2'Cr (NO3) 3.9H20、(NH4) 2V2016、Ni (NO3) 2.6H20 或 Co (NO3) 2.6H20,优选为 Cr (NO3) 3.9H20 或Fe (NO3) 3.9H20 ；所述的变价金属铵盐为 NH4Cl.CuCl2.Η20、H8MnN2O8S2、NH4Fe (SO4)2.UH2CKSn(SO3NH2)2'(NH4) 2PbCl6、H8CrN2O4, NH4V03、Ni (NH4) 2 (SO4) 2 或 C16H4tlCl4CoN2,优选为 NH4VO3 ； 所述的分散剂为水、聚乙二醇、甲醇、无水乙醇、丙酮或非离子型表面活性剂中的一种或两种以上组成的混合物，优选为无水乙醇； 其中所述的非离子型表面活性剂为辛醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚或曲拉通X-100,优选为曲拉通X-100 ； 所述的Li4Ti5O12为固相 法合成的Li4Ti5O12、液相法合成的Li4Ti5O12或市售的Li4Ti5O12 ； 所述的惰性气体为氮气、氦气及氩气中的一种或两种以上所组成的惰性气体混合气。本专利技术的有益效果 本专利技术的一种锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料，由于含有变价金属氧化物，因此在变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料进行充放电时，也可以脱-嵌金属锂，提高了其充放电比容量，经历几次充电-放电活化过程后，稳定存在的变价金属对的优良电子导电性弥补了钛酸锂电子导电性差的缺陷，因此，本专利技术的锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料的电子导电性、快速充放电性能及循环稳定性得到提高。进一步，本专利技术的一种锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料的制备方法，由于所用的原料变价金属化合物来源丰富，并且制备工艺简单，因此本专利技术的一种锂离子电池负极材料，即变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料的制备方法具有生产成本低，制备过程简单，适合于工业化规模生产等特点。附图说明图la、实施例6所用的纯相Li4Ti5O12材料的SEM 图lb、实施例6所得的锂离子电池负极材料，即三氧化二铁包覆的钛酸锂复合材料，即Li4Ti5012/Fe203 的 SEM 图2a、实施例6所用的纯相Li4Ti5O12材料的XRD 图2b、实施例6所得的锂离子电池负极材料，即三氧化二铁包覆的钛酸锂复合材料，即Li4Ti5012/Fe203 的 XRD 图；图3a、实施例6所用的纯相Li4Ti5O12材料和实施例6所得的锂离子电池负极材料，即三氧化二铁包覆的钛酸锂复合材料，即Li4Ti5012/Fe203在不同倍率下的循环性能曲线； 图3b、实施例6所用的纯相Li4Ti5O12材料和实施例6所得的锂离子电池负极材料，即三氧化二铁包覆的钛酸锂复合材料，即Li4Ti5012/Fe203在2C倍率下循环300次的循环曲线图； 图4、实施例6所用的纯相Li4Ti5O12材料和实施例6所得的锂离子电池负极材料，即三氧化二铁包覆的钛酸锂复合材料，即Li4Ti5012/Fe203在不同倍率(0.2C-2C)下的首次充放电曲线图。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术。本专利技术的各实施例中所用的主要设备的型号及生产厂家的信息如下:权利要求1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于所述的锂离子电池负极材料为变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料，按摩尔比计算，钛酸锂中的锂:变价金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料，其特征在于所述的锂离子电池负极材料为变价金属氧化物包覆的钛酸锂复合材料，按摩尔比计算，钛酸锂中的锂：变价金属氧化物中的金属为4：0.01～0.30；所述的变价金属氧化物为CuO、MnO2、Fe2O3、SnO2、PbO2、Cr2O3、V2O5、Ni2O3及Co3O4中的一种或两种以上组成的混合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王保峰，曹杰，刘宇，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：