锂离子电池负极材料钛酸锂的制作中除铁及改性方法

锂电池材料钛酸锂是一种无机化合物，肉眼观察为白色固体，在空气中性质稳定，由锂钛氧三种元素组成，结构是面心立方结构。钛酸锂是目前实现商业化应用的负极材料之一。
钛酸锂存在电子导电率低、倍率性能差的缺点，针对其缺点，现在主要的改性方法有结构纳米化、碳包覆、离子掺杂、降低磁性杂质等。

1、纳米化法
纳米化就是合成纳米级的Li4Ti5O12，将材料粒径控制在1-100nm之间。纳米化可使材料的比表面积从小变大，让电解液更好更全面的浸润电极活性材料，并且可以使Li+扩散路径变短的同时减小Li+扩散阻力，从而帮助其电化学性能的提升。该方法缺点是，纳米材料尺寸小、粘结性差、容易从集流体上脱落，而且较高的比表面积也会增加与电解液的反应几率，导致不可逆程度加深，一般用纳米材料作为电极材料时开始容量衰减会很快，主要原因就是其高表面积所导致。
2、碳包覆法
包覆法是通过包覆来提高Li4Ti5O12的性能，这种方法要求包覆材料具有杰出的导电性，才能使复合材料的电导率有一定程度的提高。常见的包覆材料有金属、碳材料、SnO2等。
碳包覆是一种高效且应用较多的包覆改性方法。由于碳导电，因此当材料外附着碳时，颗粒外的碳层可以在提高材料的导电性的同时，将颗粒隔离开，阻碍晶粒间团聚，并迫使其不能继续长大。这种方法可以显著提高材料的导电性，增强锂离子扩散速率，提高材料的倍率性能，同时减少其与电解液发生副反应，减少胀气现象；利用电磁浆料除铁机和电磁干粉除铁机降低磁性杂质。一般来说，碳包覆工艺会将Li4Ti5O12或其前驱体与各种碳源混合，然后进行高温热处理。这种改性方法成本低、易于制备且原材料来源广泛，适合大规模工业化生产。但如何控制碳涂层的均匀性、厚度和导电性仍然是一个挑战。
3、离子掺杂
掺杂改性钛酸锂可以细化钛酸锂的粒度，提高钛酸锂的电化学性能。通过掺杂，可以改变电荷转移，也可引起Li+在材料内部扩散阻力的变化。研究表明掺杂能增加电导率和Li+扩散速率，提升倍率和循环性能。下游电池厂商对于降低锂电原料中磁性异物的要求越来越强烈，磁性异物含量指标已经成为衡量电池级材料最重要的指标之一。
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