摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及負(fù)極材料領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種銳鈦礦11〇2摻雜金屬氧化物的鋰離 子電池負(fù)極材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池由于其能量密度高、循環(huán)性能好，得到了廣泛的應(yīng)用，在很多領(lǐng)域逐漸 取代了傳統(tǒng)的鉛酸電池等化學(xué)電源。特別是隨著能源與環(huán)境問題的日益凸顯，新能源產(chǎn)業(yè) 得到了越來越多的重視。混合動力汽車和電動汽車行業(yè)發(fā)展迅速，鋰離子電池作為其中重 要的儲能裝置被廣泛應(yīng)用。
[0003] 二氧化鈦由于其在光催化、光解水、傳感器、染料敏化太陽能電池和鋰離子電池等 領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為材料領(lǐng)域研宄的熱點。常見的二氧化鈦主要包括四種 晶相：銳欽相、金紅石相、板欽礦相和TiOjB)相。在所有的晶相中，TiOjB)型―氧化欽 屬于單斜晶系，結(jié)構(gòu)最為疏松，具有較大的層間距以及較小的密度，有利于鋰離子的嵌入和 脫除，因而在鋰離子電池方面的應(yīng)用具有潛在的優(yōu)越性能。
[0004] 在很大程度上，Ti02(B)的尺寸、形貌和晶體的生長方向都會影響其在鋰離子電 池中的應(yīng)用。比如，納米尺寸和交叉網(wǎng)絡(luò)可以縮短鋰離子及電子的傳輸距離，小尺寸的 Ti0 2(B)能夠擴(kuò)大電極與電解液的接觸面積，減小電流密度，降低電池內(nèi)阻，提高電池性 能。
[0005] 然而，目前二氧化鈦（B)負(fù)極材料依然存在循環(huán)性能與倍率充放電性能不好等問 題，因此，開發(fā)一種循環(huán)性能與倍率充放電性能好、首次充放電效率高的負(fù)極材料制備方法 是所屬領(lǐng)域的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種銳鈦礦Ti02 摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，其能有效解決現(xiàn)有之二氧化鈦（B)負(fù)極材料循環(huán) 性能與倍率充放電性能不好等問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案： 一種銳鈦礦Ti02摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，由下列重量份的原料制成： 銳鈦礦Ti02 240~300、石墨160~180、鋰源165~170、摻雜劑16~24、碳源42~44、 金屬氧化物Mx0 y 52~68。
[0008] 作為一種優(yōu)選方案，所述石墨為天然石墨、人造石墨中的至少一種。
[0009] 作為一種優(yōu)選方案，所述金屬氧化物Mx0y中的M為Al、Mg、Ga、Ge、Sn、Zr、Ca、Sb、 In中的一種或多種。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述銳鈦礦Ti02的顆粒尺寸為10~20nm。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案 可知： 通過配合采用銳鈦礦Ti02和金屬氧化物，并選用本發(fā)明配方，制備得到銳鈦礦TiO 2摻 雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，取代了傳統(tǒng)之二氧化鈦（B)負(fù)極材料，本發(fā)明的導(dǎo)電 性能和機(jī)械性能得到了更大的提升，由于導(dǎo)電性能和機(jī)械性能的提升，作為鋰離子電池負(fù) 極材料時，循環(huán)性能與倍率充放電性能、首次充放電效率都得到進(jìn)一步的提升；并且，本發(fā) 明制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，制備過程簡單易行。
[0012] 為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實施例來對本發(fā) 明進(jìn)行詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的制備流程示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明揭示了一種銳鈦礦Ti02摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，其由下 列重量份的原料制成：銳鈦礦Ti0 2 240~300、石墨160~180、鋰源165~170、摻雜劑 16~24、碳源42~44、金屬氧化物Mx0 y 52~68。所述銳鈦礦Ti02的顆粒尺寸為10~ 20nm。所述石墨為天然石墨、人造石墨中的至少一種。所述金屬氧化物M x0y中的M為A1、 Mg、Ga、Ge、Sn、Zr、Ca、Sb、In 中的一種或多種。
[0015] 制備時，如圖1所示，包括有以下步驟： (1) 分散：銳鈦礦Ti02、石墨、鋰源、摻雜劑、碳源分散于溶劑中，超聲4~5h，得到混合 漿料，溶劑為乙醇； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機(jī)研磨4~5 h，研磨速度為1600~2400 r/min ; (3) 干燥：將研磨過的混合漿料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為160~ 280 °C，出風(fēng)溫度為140~180 °C，恒流泵轉(zhuǎn)度80~90 r/min ; (4) 包裹：將一種或多種含有表面包覆金屬M(fèi)的鹽類化合物、反應(yīng)助劑溶解于溶劑中， 加入步驟（3)所得的物料，攪拌使其發(fā)生水解反應(yīng)，使用轉(zhuǎn)速1000~2000 r/min進(jìn)行分散 2~4h，獲得水解反應(yīng)產(chǎn)物；溶劑為水，或能與水混溶的有機(jī)溶劑，或水和能與水混溶的有 機(jī)溶劑的混合物； (5) 燒結(jié)：將步驟（4)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以15~20°C /min的 升溫速率升至600~800°C并保溫5~8小時即可。所述氣氛保護(hù)爐中使用的保護(hù)氣氛選 自氦氣、氮氣、氬氣、二氧化碳中的至少一種。
[0016] 下面用具體實施例以及對比例對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0017] 實施例1 一種銳鈦礦Ti02摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，其由下列重量份的原料制 成：銳鈦礦Ti02 240、石墨160、鋰源165、摻雜劑16、碳源42、金屬氧化物Mx0y 52。所述 銳鈦礦Ti02的顆粒尺寸為10nm。所述石墨為天然石墨。所述金屬氧化物Mx0 y中的M為 Al〇
[0018] 制備時，包括有以下步驟： (1)分散：銳鈦礦Ti02、石墨、鋰源、摻雜劑、碳源分散于溶劑中，超聲4h，得到混合漿料， 溶劑為乙醇； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機(jī)研磨4h，研磨速度為1600r/min ; (3) 干燥：將研磨過的混合漿料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為 160°C，出風(fēng)溫度為140°C，恒流泵轉(zhuǎn)度80r/min ; (4) 包裹：將一種或多種含有表面包覆金屬M(fèi)的鹽類化合物、反應(yīng)助劑溶解于溶劑中， 加入步驟（3)所得的物料，攪拌使其發(fā)生水解反應(yīng)，使用轉(zhuǎn)速1000 r/min進(jìn)行分散2h，獲得 水解反應(yīng)產(chǎn)物；溶劑為水； (5) 燒結(jié)：將步驟（4)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以15°C /min的升溫速 率升至600°C并保溫5小時即可。所述氣氛保護(hù)爐中使用的保護(hù)氣氛選自氦氣。
[0019] 實施例2 一種銳鈦礦Ti02摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，其由下列重量份的原料制 成：銳鈦礦Ti02 3 00、石墨180、鋰源170、摻雜劑24、碳源44、金屬氧化物MxOy 68。所述 銳鈦礦Ti02的顆粒尺寸為20nm。所述石墨為人造石墨。所述金屬氧化物MxO y中的M為 Mg〇
[0020] 制備時，包括有以下步驟： (1) 分散：銳鈦礦Ti02、石墨、鋰源、摻雜劑、碳源分散于溶劑中，超聲5h，得到混合漿料， 溶劑為乙醇； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機(jī)研磨5 h，研磨速度為2400 r/min ; (3) 干燥：將研磨過的混合漿料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為280 °C，出風(fēng)溫度為180 °C，恒流泵轉(zhuǎn)度90 r/min ; (4) 包裹：將一種或多種含有表面包覆金屬M(fèi)的鹽類化合物、反應(yīng)助劑溶解于溶劑中， 加入步驟（3)所得的物料，攪拌使其發(fā)生水解反應(yīng)，使用轉(zhuǎn)速2000 r/min進(jìn)行分散4h，獲得 水解反應(yīng)產(chǎn)物；溶劑為能與水混溶的有機(jī)溶劑； (5) 燒結(jié)：將步驟（4)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以20°C /min的升溫速 率升至800°C并保溫8小時即可。所述氣氛保護(hù)爐中使用的保護(hù)氣氛選自氮氣。
[0021] 實施例3 一種銳鈦礦Ti02摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，其由下列重量份的原料制 成：銳鈦礦Ti02 2 70、石墨170、鋰源168、摻雜劑20、碳源43、金屬氧化物Mx0y 60。所述 銳鈦礦Ti02的顆粒尺寸為15nm。所述石墨為天然石墨和人造石墨混合。所述金屬氧化物 M x0y 中的 M 為 Al、Mg 和 Ga。
[0022] 制備時，包括有以下步驟： (1) 分散：銳鈦礦Ti02、石墨、鋰源、摻雜劑、碳源分散于溶劑中，超聲4. 5h，得到混合漿 料，溶劑為乙醇； (2) 研磨：將混合漿料使用砂磨機(jī)研磨4. 5 h，研磨速度為2000r/min ; (3) 干燥：將研磨過的混合漿料使用噴霧干燥機(jī)干燥成粉，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為220 °C，出風(fēng)溫度為160 °C，恒流泵轉(zhuǎn)度85 r/min; (4) 包裹：將一種或多種含有表面包覆金屬M(fèi)的鹽類化合物、反應(yīng)助劑溶解于溶劑中， 加入步驟（3)所得的物料，攪拌使其發(fā)生水解反應(yīng)，使用轉(zhuǎn)速1500 r/min進(jìn)行分散3h，獲得 水解反應(yīng)產(chǎn)物；溶劑為水和能與水混溶的有機(jī)溶劑的混合物； (5) 燒結(jié)：將步驟（4)所得的物料置于氣氛保護(hù)爐中進(jìn)行燒結(jié)，以18°C /min的升溫速 率升至700°C并保溫6.5小時即可。所述氣氛保護(hù)爐中使用的保護(hù)氣氛選自氬氣。
[0023] 實施例4 一種銳鈦礦Ti02摻雜金屬氧化物的鋰離子電池負(fù)極材料，其由下列重量份的原料制 成：銳鈦礦Ti02 2 50、石墨165、鋰源166、摻雜劑17、碳源42. 5、金屬氧化物MxOy 53。所 述銳鈦礦T