一种制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法技术

一种制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法，属于能源材料技术领域，所述的方法是，将天然石墨分散在一定量的乙醇中，加入化学计量比的钛酸四丁酯，搅拌使其充分吸附在天然石墨表面，然后缓慢加入水溶解的锂盐，加入的水使得钛酸四丁酯水解为TiO2，搅拌过程中加热使溶剂挥发，使锂盐均匀地沉积在天然石墨的表面。所得混合物在惰性气体保护下于800℃下处理10小时获得Li4Ti5O12包覆的天然石墨。这种方法工艺简单，无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源材料
，具体涉及一种采用尖晶石型Li4Ti5O12对天然石墨进行表面包覆，以期提高其电化学性能并用于锂离子电池负极材料的方法。
技术介绍
锂离子电池是目前最先进的可充电化学电源体系，在手机、笔记本电脑等数码产品中得到最广泛的应用，并可望在电动工具、混合动力汽车的纯电动汽车领域得到广泛应用。但是随着数码产品的功能高度集成化，所需电池的比能量需要有较大幅度的提高，而对用电动工具等使用的动力电池，除了能量密度的要求外，价格是重要的考量因素之一。天然石墨具有比能量高(大于360mAh/g)、振实密度高、储量丰富、价格便宜等优势，既可以满足数码产品对电池的能量密度高的要求，还可以满足动力电池降低价格的要求。因此，天然石墨是锂离子电池最具潜力的负极材料之一。但是天然石墨的首次循环的库仑效率低、材料的循环性能较差，直接影响了其大规模商业化的进程。目前商业化的方法是采用碳材料进行包覆的方法，这种方法需要在较高的温度(大于1500°C)下进行热处理，较高的温度需要消耗大量的电能并且处理过表面的有机层碳化过程中还会产生多种污染物，因此，寻找低温、绿色的包覆材料和包覆工艺具有明显的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种以尖晶石型Li4Ti5O12对天然石墨进行表面包覆改性的方法，以提高天然石墨的电化学性能并简化工艺，减轻污染，降低能耗。本专利技术具体采用如下技术方案一种制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法，其特征是，包括如下步骤将天然石墨粉分散于浸没量的无水乙醇中，搅拌并加入按照表面包覆量计算所需的化学计量比的钛酸四丁酯，搅拌10小时以上以确保钛酸四丁酯被石墨表面充分吸附，此时吸附在石墨表面的钛酸四丁酯逐步水解生产二氧化钛，之后缓慢加入锂盐的水溶液，加热使溶剂挥发，最后得到的混合物(石墨、二氧化钛和锂盐的混合物)在惰性气体保护下 800°C处理12小时得到尖晶石型Li4Ti5O12包覆天然石墨；其中，所述石墨与Li4Ti5O12的重量比为1-10 90-99，锂盐和钛酸四丁酯的摩尔比为4 5。所述的锂盐为醋酸锂、乙酸锂、碳酸锂、硝酸锂中的一种。所述的惰性气体为氩气或者氮气。所述的Li4Ti5O12 的含量为 1-100%。本专利技术中，无水乙醇只是充当溶剂，只需要能够将天然石墨充分浸没即可；溶解锂盐的水主要用于钛酸四丁酯的水解，只需要能保证钛酸四丁酯充分水解即可，因此对无水乙醇和水的用量不作要求，但考虑到尽量节约成本，无水乙醇和水的用量不可太多。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是热处理温度低，有利于降低材料的能耗， 从而降低材料的成本；所得复合材料的可逆容量、循环性能得到提高、不可逆容量下降；由于Li4Ti5O12分布在石墨的表面及孔隙中，可以使材料的振实密度得到提高，从而提高电池的体积比能量。附图说明图1是含量为O^UW、5%和10% Li4Ti5O12包覆的天然石墨扫描电镜图；图？是含量为。1^」1^^^^^ 10% Li4Ti5O12包覆的天然石墨X射线衍射图；图3是天然石墨和Li4Ti5O12包覆的天然石墨装成扣式电池的首次充放电曲线图；图4是天然石墨和Li4Ti5O12包覆的天然石墨装成扣式电池的循环放电曲线图。如图1、2所示，Li4Ti5O12均勻地分布在天然石墨表面，而且Li4Ti5O12的存在不改变天然石墨的性质，仅是在18.4°附近出现了 Li4Ti5O12的衍射峰，表明这是一种天然石墨-Li4Ti5O12的复合材料体系。这种包覆的方法所需的热处理温度低，在热处理过程中除了 CO2外无其它污染物产生，是一种廉价的、易于放大生产的、无污染的天然石墨表面包覆方法。具体实施例方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术。实施例一种天然石墨包覆总重量1 % Li4Ti5O12的方法，所述的方法是，首先称取相应量的天然石墨于容器中，然后量取一定量的无水乙醇放置在容器中，无水乙醇的量以浸没过天然石墨为准，之后加入所需量的钛酸四丁酯并搅拌10小时以使钛酸四丁酯充分吸附在天然石墨表面上，之后缓慢滴入适量水溶解的醋酸锂，水的加入是为使钛酸四丁酯水解，用水溶解醋酸锂是为了使醋酸锂在随后的干燥过程中充分吸附在天然石墨表面，待钛酸四丁酯水解完成后，在搅拌过程中加热以使溶解挥发，最后得到的混合物在氩气保护下800°c处理 10小时得到Li4Ti5O12包覆的天然石墨。如图3、4所示，Li4Ti5O12包覆后材料的首次可逆容量从天然石墨的318. ImAh/ g提高到357. 5mAh/g,首次库仑效率从天然石墨的87. 3%提高到88. 6% ；最高可逆容量从天然石墨的337. 4mAh/g提高到359. ImAh/g.另外一个显著提高的性能是总的不可逆容量损失从天然石墨的122. 8mAh/g降低到103. 9mAh g_l。采用相同的方法制备的含量为5%和10% Li4Ti5O12的扫描电镜和X射线衍射图也在图1和图2中列出。同理可以制备其它含量的Li4Ti5O12-天然石墨复合物。权利要求1.一种制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法，其特征是，包括如下步骤将天然石墨粉分散于浸没量的无水乙醇中，搅拌并加入按照表面包覆量计算所需的化学计量比的钛酸四丁酯，搅拌10小时以上，之后缓慢加入锂盐的水溶液，加热使溶剂挥发， 得到的混合物在惰性气体保护下800°C处理12小时得到尖晶石型Li4Ti5O12包覆天然石墨；其中，所述石墨与Li4Ti5O12的重量比为1-10 90-99，锂盐和钛酸四丁酯的摩尔比为 4 5。2.根据权利要求1所述的制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法， 其特征是，所述的锂盐为醋酸锂、乙酸锂、碳酸锂、硝酸锂中的一种。3.根据权利要求1所述的制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法， 其特征是，所述的惰性气体为氩气或者氮气。4.根据权利要求1所述的制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法， 其特征是，所述的Li4Ti5O12的含量为90-99%。全文摘要一种制备用于锂离子电池负极的Li4Ti5O12包覆天然石墨的方法，属于能源材料
，所述的方法是，将天然石墨分散在一定量的乙醇中，加入化学计量比的钛酸四丁酯，搅拌使其充分吸附在天然石墨表面，然后缓慢加入水溶解的锂盐，加入的水使得钛酸四丁酯水解为TiO2，搅拌过程中加热使溶剂挥发，使锂盐均匀地沉积在天然石墨的表面。所得混合物在惰性气体保护下于800℃下处理10小时获得Li4Ti5O12包覆的天然石墨。这种方法工艺简单，无污染。文档编号H01M4/1393GK102412390SQ20111030733公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日专利技术者路密, 郑晓冬 申请人:路密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：路密，郑晓冬，
申请(专利权)人：路密，
类型：发明
国别省市：