一种钛酸锂材料的制备方法【技术领域】
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种钛酸锂材料的制备方法。
【背景技术】
钛酸锂(Li4Ti5O12)作为一种新型的锂离子电池负极材料越来越受到关注，其具有
以下优势：充放电过程中，不发生晶型变化，体积变化小于1％，被称为“零应变材料”，循环
性能优异；较高的氧化还原电位(1.5VvsLi)，不与常用电解液发生反应，安全性好；环境友
好，容易制备，成本低。
钛酸锂材料具有较高的锂离子扩散系数，25℃下为2×10-8cm2/s，然而，Li4Ti5O12
的电导率低(10-13S·cm-1)，属于绝缘体，导致其高倍率性能差，不利于快速充放电；同时，钛
酸锂材料与集流体(铜箔、铝箔)的粘结性较差，较高的界面阻抗进一步影响其倍率循环性
能。
鉴于此，实有必要提供一种新型的钛酸锂材料的制备方法以克服以上缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种新型的钛酸锂材料的制备方法，应用本发明提供的方法
所制备的钛酸锂材料作为锂离子电池负极的活性材料，锂离子电池充电容量高，首次效率
高，具有良好快充倍率性能及稳定的循环性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种钛酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：高温固相法：将碳酸锂和二氧化钛按一定比例混合，在真空或保护气体氛
围中煅烧，自然冷却，制备钛酸锂原材料；
步骤二：碳(CB)包覆处理：将碳源和步骤一得到的钛酸锂原材料粉末混匀，在真空
或保护气体氛围中煅烧，自然冷却，得到碳包覆钛酸锂材料；
步骤三：PE表面修饰：将步骤二得到的碳包覆钛酸锂材料与PE粉末均匀混合，在真
空或保护气体氛围中煅烧，自然冷却，得到CB/PE高分子材料包覆的钛酸锂材料。
相比于现有技术，本发明提供的钛酸锂材料的制备方法所制备的钛酸锂材料，在
钛酸锂表面包覆CB/PE高分子基导电材料，能够形成有效的导电网络，且体积电阻率低于
1010Ω·cm；同时，在电池配方中可以与PVDF导电剂很好的配合，集流体粘接效果良好，不易
脱落，使时无需用价格昂贵的涂碳铝箔、涂碳铜箔作为集流体，具有良好的倍率性能及粘结
强度。
【附图说明】
图1为本发明实施例制备的钛酸锂材料的SEM图；
图2为本发明实施例制备的钛酸锂材料的扣式电池的充电测试曲线图；
图3为本发明实施例制备的钛酸锂材料的全电池的倍率测试曲线图；
图4为本发明实施例制备的钛酸锂材料的全电池的6C循环曲线图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和
具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施
方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提供钛酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：高温固相法：将碳酸锂和二氧化钛按一定比例混合，在真空或保护气体氛
围中煅烧，自然冷却，制备钛酸锂原材料；
步骤二：碳(CB)包覆处理：将碳源和步骤一得到的钛酸锂原材料粉末混匀，在真空
或保护气体氛围中煅烧，自然冷却，得到碳包覆钛酸锂材料；
步骤三：PE表面修饰：将步骤二得到的碳包覆钛酸锂材料与PE(聚乙烯)粉末均匀
混合，在真空或保护气体氛围中煅烧，自然冷却，得到CB/PE高分子材料包覆的钛酸锂材料。
实施例：
1、按Li：Ti＝0.85：1的配比称取碳酸锂和二氧化钛，用无水乙醇作为溶剂混合，并
且用球磨机在氩气气氛中球磨12小时，将所得的碳酸锂和二氧化钛混合物放于85℃真空烘
箱中烘干，去除溶剂，将去除溶剂的碳酸锂和二氧化钛混合物放置于高温气氛电炉中，抽真
空，通入99.95％氮气保护气，以5℃/分钟的速度升温到850℃，并在此温度下保持12小时，
在氮气氛围中自然冷却至室温，停止通入氮气，得到白色钛酸锂粉末；
2、将得到的钛酸锂粉末和葡萄糖按质量比100:10均匀混合，然后置于球磨机，在
氩气气氛中球磨6小时；将球磨均匀的钛酸锂粉末和葡萄糖混合物置于高温气氛电炉，抽真
空，通99.9％氮气保护气，然后以5℃/分钟的速度升温到900℃，并在此温度下保持6小时，
在氮气氛围中自然冷却至室温，停止通入氮气，得到黑色碳(CB)包覆钛酸锂粉末；
3、将得到的碳(CB)包覆的钛酸锂粉末按1:9的比例加入无水乙醇作为溶剂中，高
速搅拌，超声分散30min；按10：2的比例加入PE粉末，高速搅拌，超声波分散30min，85℃空气
中蒸干溶剂；将蒸干溶剂得到物质放置于高温气氛中，通入氩气气氛保护，以5℃/min的速
度升温至250℃，并在此温度下保持6h，自然冷却至室温，制得黑色的CB/PE包覆的钛酸锂粉
末。
本发明提供了应用本发明方法制备的CB/PE包覆的钛酸锂粉末作为负极活性物质
的扣式电池及全电池的组装及测试，具体实验过程及结果如下：
1、扣式电池的制作与测试
以上述实施例制备的CB/PE包覆的钛酸锂作为负极的活性物质，Super-P为导电
极，偏聚氟乙烯(PVDF)为粘结剂，依次按照90：5：5的比例与N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合并研
磨后得到浆料。将浆料涂覆于集流体铜箔上，真空干燥后冲片，制得直径为10mm的正极圆
片。
测试电池选用CR2032扣式电池，负极选用直径14mm的金属锂片，电解液选用浓度
为1mol/L的LiPF6/EC+DMC+EMC(1：1：1)，并且含0.5％LiODFB，3％PS3，以负极壳、弹片、垫片、
锂片、电解液、隔膜、正极片、垫片、正极壳的顺序将电池进行封装，整个过程都在充有氩气
的手套箱中完成。
测试设备选用新威Neware BTS测试系统，充放电截止电压范围1.0～3.0V，测试温
度25℃，记录电池的首次充放电容量如下表1：
表1
图1为本发明实施例所制备的钛酸锂材料的SEM图；图2为扣式电池0.5C的充电曲
线。从图1可看出本发明制备的CB/PE包覆的钛酸锂材料有较好形貌；从图2中可以看出本发
明制备的CB/PE包覆的钛酸锂材料有较好的嵌锂平台，与理论值接近；从表1中可以看出本
发明制备的CB/PE包覆的钛酸锂材料具有较高的充电容量，平均充电容量159.05mAh/g，首
次效率可达98.03％。
2、全电池的制作与测试
以本发明实施例方法制备的CB/PE包覆的钛酸锂材料作为负极活性物质，以111型
三元材料作为正极活性物质，具体配方如下：
正极：NCM：SP：KS-6：PVDF＝94：3：1：2；
负极：LTO：SP：PVDF＝90：5：5；
正极采用铝箔做集流体，负极采用普通的铜箔作为集流体(不需使用特殊的涂碳
铝箔或涂碳铜箔)；
电解液：1mol/L，LiPF6/EC+DMC+EMC(1：1：1)，含0.5％LiODFB，3％PS。
全电池的倍率充放的测试数据如下表2：
表2
图3为全电池的倍率测试曲线；图4为全电池的6C循环趋势图。从全电池的测试数
据可以看出采用本发明方法制备的CB/PE包覆的钛酸锂材料，与111型三元材料搭配具有较
高6C充电恒流比，可达到95％，6C循环509周，容量保持率在100％以上，可见其具有良好快
充倍率性能及稳定的循环性能。并且，从在普通铜箔上的制作及循环可见，本发明方法制备
的CB/PE包覆的钛酸锂材料具有良好的箔材粘结效果。
综上，本发明提供的钛酸锂材料的制备方法所制备的钛酸锂材料，在钛酸锂表面
包覆CB/PE高分子基导电材料，能够形成有效的导电网络，且体积电阻率低于1010Ω·cm；同
时，在电池配方中可以与PVDF导电剂很好的配合，集流体粘接效果良好，不易脱落，使时无
需用价格昂贵的涂碳铝箔、涂碳铜箔作为集流体，具有良好的倍率性能及粘结强度。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言
可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精
神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示
示例。