利用偏钛酸制备锂离子电池负极材料碳包覆钛酸锂的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103456939A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103456939103456939A(43)申请公布日2013.12.18(21)申请号201310311566.1(22)申请日2013.07.24(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市岳麓山湖南大学(72)发明人陈玉喜於洪将龚立君(51)Int.Cl.H01M4/485(2010.01)H01M4/62(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图3页附图3页(54)发明名称利用偏钛酸制备锂离子电池负极材料碳包覆钛酸锂的方法(57)摘要本发明涉及一种锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法，该方法利用偏钛酸H2TiO3作为钛源，以碳酸锂或氢氧化锂作为锂源，以沥青、酚醛树脂或葡萄糖作为碳源。偏钛酸经过草酸洗涤过滤后，三种原料按一定比例经球磨机混合均匀，烘干后置于高温加热炉中，在惰性气体保护条件下烧结，即可得到碳包覆的钛酸锂Li4Ti5O12/C。本发明所选用的钛源偏钛酸的成本仅为常规制备钛酸锂所用钛源—氧化钛TiO2的约五分之一，因此制备得到的Li4Ti5O12/C具有相对低廉的成本，并且具有优良的充放电循环性能，满足锂离子电池负极材料的要求。本发明制备工艺简单，易于工业化生产，且不存在环境污染，绿色环保。CN103456939ACN1034569ACN103456939A权利要求书1/1页1.一种制备锂离子电池负极活性材料―碳包覆钛酸锂Li4Ti5O12/C复合粉体材料的方法，其特征在于：选用偏钛酸H2TiO3作为钛源，并利用草酸H2C2O4·2H2O去除偏钛酸中含有的铁离子、铬离子等，然后将经过纯化的H2TiO3、锂源和碳源三种粉体材料充分混合，其中锂源和钛源的加入比例为4:5≤Li:Ti的摩尔比≤4.1:5，碳源的加入量为锂源和钛源重量之和的3%~5%，然后进行高温固相烧结；在惰性气体的保护气氛下首先于1000C~3500C恒温1~3小时，随后于7000C~9000C恒温12~20小时，最后冷却到室温。2.如权利要求1所述的制备锂离子电池负极活性材料的方法，其特征在于：所述的钛源为偏钛酸H2TiO3。3.如权利要求1所述的制备锂离子电池负极活性材料的方法，其特征在于：锂源和钛源的加入比例优选：4:5<Li:Ti的摩尔比≤4.1:5；碳源优选沥青。4.如权利要求1所述的制备锂离子电池负极活性材料的方法，其特征在于：所述的碳源裂解的温度优选1000C~3500C；固相反应的温度优选7000C~9000C。2CN103456939A说明书1/4页利用偏钛酸制备锂离子电池负极材料碳包覆钛酸锂的方法技术领域[0001]本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及负极活性材料钛酸锂及其制备方法。背景技术[0002]锂离子电池自1991年商业化以来已经广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等各种便携式电器。近年来，随着混合动力汽车及纯电动汽车的迅猛发展，人们对作为动力电源的锂离子电池的容量、循环寿命以及安全性提出了更高要求。目前，商业化锂离子电池的负极活性材料是采用各种石墨类炭材料，但石墨负极在大电流充放电条件下容易析出锂枝晶，因而存在安全隐患。与石墨类负极材料相比，尖晶石结构的钛酸锂Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料具有循环寿命更长和安全性更高的优点，因而引起了人们极大的关注和重视。Li4Ti5O12的循环次数可达一万次以上，是已知的锂离子电池各种电极材料中循环寿命最长的材料，因而非常适合应用于智能电网中的储能电池以及长寿命的电动汽车用动力电池。此外，Li4Ti5O12在现有电解液中是热力学稳定的，不会形成固态电解质膜，因13-1此安全性极高。然而，Li4Ti5O12的导电性差，其电子电导率只有10Scm，因此导致了Li4Ti5O12低的容量和较差的倍率充放电性能。研究表明，将Li4Ti5O12纳米化，并对其进行碳包覆，利用电导率高的碳包覆层来提高材料的导电性能，使得碳包覆的Li4Ti5O12/C材料的循环寿命和倍率性能得到了很大提高。2010年日本东芝公司成功地推出了商业化钛酸锂作负极的SCiB锂离子电池，并小批量应用在混合动力汽车上。但是，与石墨类负极材料相比，Li4Ti5O12/C材料成本高昂，这在一定程度上阻碍了Li4Ti5O12/C材料的商业化推广和应用。Li4Ti5O12/C材料成本高昂的主要原因在于制备Li4Ti5O12的原料采用纳米级TiO2作为钛源。目前国际市场上电池级纳米TiO2的价格大约在20~30美元/公斤，因而导致了钛酸锂Li4Ti5O12的价格居高不下。为了在保持Li4Ti5O12优良性能的前提下降低其价格，探寻价格低廉的新型钛源来