掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种锐钛矿11〇2掺杂金属氧化物的锂离 子电池负极材料。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池由于其能量密度高、循环性能好，得到了广泛的应用，在很多领域逐渐 取代了传统的铅酸电池等化学电源。特别是随着能源与环境问题的日益凸显，新能源产业 得到了越来越多的重视。混合动力汽车和电动汽车行业发展迅速，锂离子电池作为其中重 要的储能装置被广泛应用。
[0003] 二氧化钛由于其在光催化、光解水、传感器、染料敏化太阳能电池和锂离子电池等 领域具有广阔的应用前景，已经成为材料领域研宄的热点。常见的二氧化钛主要包括四种 晶相：锐钦相、金红石相、板钦矿相和TiOjB)相。在所有的晶相中，TiOjB)型―氧化钦 属于单斜晶系，结构最为疏松，具有较大的层间距以及较小的密度，有利于锂离子的嵌入和 脱除，因而在锂离子电池方面的应用具有潜在的优越性能。
[0004] 在很大程度上，Ti02(B)的尺寸、形貌和晶体的生长方向都会影响其在锂离子电 池中的应用。比如，纳米尺寸和交叉网络可以缩短锂离子及电子的传输距离，小尺寸的 Ti0 2(B)能够扩大电极与电解液的接触面积，减小电流密度，降低电池内阻，提高电池性 能。
[0005] 然而，目前二氧化钛（B)负极材料依然存在循环性能与倍率充放电性能不好等问 题，因此，开发一种循环性能与倍率充放电性能好、首次充放电效率高的负极材料制备方法 是所属领域的技术难题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种锐钛矿Ti02 掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，其能有效解决现有之二氧化钛（B)负极材料循环 性能与倍率充放电性能不好等问题。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案： 一种锐钛矿Ti02掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，由下列重量份的原料制成： 锐钛矿Ti02 240~300、石墨160~180、锂源165~170、掺杂剂16~24、碳源42~44、 金属氧化物Mx0 y 52~68。
[0008] 作为一种优选方案，所述石墨为天然石墨、人造石墨中的至少一种。
[0009] 作为一种优选方案，所述金属氧化物Mx0y中的M为Al、Mg、Ga、Ge、Sn、Zr、Ca、Sb、 In中的一种或多种。
[0010] 作为一种优选方案，所述锐钛矿Ti02的颗粒尺寸为10~20nm。
[0011] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案 可知： 通过配合采用锐钛矿Ti02和金属氧化物，并选用本发明配方，制备得到锐钛矿TiO 2掺 杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，取代了传统之二氧化钛（B)负极材料，本发明的导电 性能和机械性能得到了更大的提升，由于导电性能和机械性能的提升，作为锂离子电池负 极材料时，循环性能与倍率充放电性能、首次充放电效率都得到进一步的提升；并且，本发 明制备方法工艺简单，生产成本较低，制备过程简单易行。
[0012] 为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发 明进行详细说明。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的制备流程示意图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明揭示了一种锐钛矿Ti02掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，其由下 列重量份的原料制成：锐钛矿Ti0 2 240~300、石墨160~180、锂源165~170、掺杂剂 16~24、碳源42~44、金属氧化物Mx0 y 52~68。所述锐钛矿Ti02的颗粒尺寸为10~ 20nm。所述石墨为天然石墨、人造石墨中的至少一种。所述金属氧化物M x0y中的M为A1、 Mg、Ga、Ge、Sn、Zr、Ca、Sb、In 中的一种或多种。
[0015] 制备时，如图1所示，包括有以下步骤： (1) 分散：锐钛矿Ti02、石墨、锂源、掺杂剂、碳源分散于溶剂中，超声4~5h，得到混合 浆料，溶剂为乙醇； (2) 研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨4~5 h，研磨速度为1600~2400 r/min ; (3) 干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为160~ 280 °C，出风温度为140~180 °C，恒流泵转度80~90 r/min ; (4) 包裹：将一种或多种含有表面包覆金属M的盐类化合物、反应助剂溶解于溶剂中， 加入步骤（3)所得的物料，搅拌使其发生水解反应，使用转速1000~2000 r/min进行分散 2~4h，获得水解反应产物；溶剂为水，或能与水混溶的有机溶剂，或水和能与水混溶的有 机溶剂的混合物； (5) 烧结：将步骤（4)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以15~20°C /min的 升温速率升至600~800°C并保温5~8小时即可。所述气氛保护炉中使用的保护气氛选 自氦气、氮气、氩气、二氧化碳中的至少一种。
[0016] 下面用具体实施例以及对比例对本发明进行说明。
[0017] 实施例1 一种锐钛矿Ti02掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，其由下列重量份的原料制 成：锐钛矿Ti02 240、石墨160、锂源165、掺杂剂16、碳源42、金属氧化物Mx0y 52。所述 锐钛矿Ti02的颗粒尺寸为10nm。所述石墨为天然石墨。所述金属氧化物Mx0 y中的M为 Al〇
[0018] 制备时，包括有以下步骤： (1)分散：锐钛矿Ti02、石墨、锂源、掺杂剂、碳源分散于溶剂中，超声4h，得到混合浆料， 溶剂为乙醇； (2) 研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨4h，研磨速度为1600r/min ; (3) 干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为 160°C，出风温度为140°C，恒流泵转度80r/min ; (4) 包裹：将一种或多种含有表面包覆金属M的盐类化合物、反应助剂溶解于溶剂中， 加入步骤（3)所得的物料，搅拌使其发生水解反应，使用转速1000 r/min进行分散2h，获得 水解反应产物；溶剂为水； (5) 烧结：将步骤（4)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以15°C /min的升温速 率升至600°C并保温5小时即可。所述气氛保护炉中使用的保护气氛选自氦气。
[0019] 实施例2 一种锐钛矿Ti02掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，其由下列重量份的原料制 成：锐钛矿Ti02 3 00、石墨180、锂源170、掺杂剂24、碳源44、金属氧化物MxOy 68。所述 锐钛矿Ti02的颗粒尺寸为20nm。所述石墨为人造石墨。所述金属氧化物MxO y中的M为 Mg〇
[0020] 制备时，包括有以下步骤： (1) 分散：锐钛矿Ti02、石墨、锂源、掺杂剂、碳源分散于溶剂中，超声5h，得到混合浆料， 溶剂为乙醇； (2) 研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨5 h，研磨速度为2400 r/min ; (3) 干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为280 °C，出风温度为180 °C，恒流泵转度90 r/min ; (4) 包裹：将一种或多种含有表面包覆金属M的盐类化合物、反应助剂溶解于溶剂中， 加入步骤（3)所得的物料，搅拌使其发生水解反应，使用转速2000 r/min进行分散4h，获得 水解反应产物；溶剂为能与水混溶的有机溶剂； (5) 烧结：将步骤（4)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以20°C /min的升温速 率升至800°C并保温8小时即可。所述气氛保护炉中使用的保护气氛选自氮气。
[0021] 实施例3 一种锐钛矿Ti02掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，其由下列重量份的原料制 成：锐钛矿Ti02 2 70、石墨170、锂源168、掺杂剂20、碳源43、金属氧化物Mx0y 60。所述 锐钛矿Ti02的颗粒尺寸为15nm。所述石墨为天然石墨和人造石墨混合。所述金属氧化物 M x0y 中的 M 为 Al、Mg 和 Ga。
[0022] 制备时，包括有以下步骤： (1) 分散：锐钛矿Ti02、石墨、锂源、掺杂剂、碳源分散于溶剂中，超声4. 5h，得到混合浆 料，溶剂为乙醇； (2) 研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨4. 5 h，研磨速度为2000r/min ; (3) 干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为220 °C，出风温度为160 °C，恒流泵转度85 r/min; (4) 包裹：将一种或多种含有表面包覆金属M的盐类化合物、反应助剂溶解于溶剂中， 加入步骤（3)所得的物料，搅拌使其发生水解反应，使用转速1500 r/min进行分散3h，获得 水解反应产物；溶剂为水和能与水混溶的有机溶剂的混合物； (5) 烧结：将步骤（4)所得的物料置于气氛保护炉中进行烧结，以18°C /min的升温速 率升至700°C并保温6.5小时即可。所述气氛保护炉中使用的保护气氛选自氩气。
[0023] 实施例4 一种锐钛矿Ti02掺杂金属氧化物的锂离子电池负极材料，其由下列重量份的原料制 成：锐钛矿Ti02 2 50、石墨165、锂源166、掺杂剂17、碳源42. 5、金属氧化物MxOy 53。所 述锐钛矿T