一种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法，属于电池的电极材料技术领域，包括以下步骤：1)将锂源配制成浓度为1.0～2.5mol/L的含锂溶液，然后加入钛源，混匀得到混合溶液，将混合溶液充分搅拌均匀，得到反应前驱液；2)将反应前驱液微波水热反应后冷却，然后离心得到沉淀，将沉淀清洗后进行干燥，得到钛酸锂前驱体；3)将钛酸锂前驱体在200～500℃下，热处理2～15h，得到倍率性能良好的钛酸锂。本发明专利技术采用微波水热法制备钛酸锂电极材料，该方法有效地结合了水热法和微波技术的优点，可以在短的时间内制备出产物纯度高、结晶性良好的钛酸锂粉体，同时，该微波水热法制备工艺流程简单，条件适中，不需要特殊的工艺设备，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池的电极材料
，具体涉及一种倍率性能良好的钛酸锂的制 备方法。
技术介绍
锂离子电池由于其具有比容量高、质量轻、寿命长和无记忆性等显著优势，而在航 空航天、混合电动汽车以及便携式电子设备等领域得到了广泛地应用。目前，商业化生产的 锂离子电池负极材料主要为嵌锂碳材料。然而碳材料存在着易析出锂枝晶、首次充放电效 率低、易与电解液发生作用和存在明显的电压滞后等缺点。作为锂离子电池碳负极的替代 材料，尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5012) -直以来是锂离子电池负极材料研究的热点。钛酸锂作 为一种零应变材料具有显著的优势：循环性能好，有良好的充放电平台，不与电解液反应， 价格便宜，容易制备。 目前钛酸锂的制备方法主要有：固相法、溶胶-凝胶法、溶剂热法和水热法。固 相法存在固有的缺点，如反应不完全，需高温长时间热处理，产物形貌较难控制等[高文 明.钛酸锂的制备与改性研究[D].天津：天津大学，2006.]。溶胶-凝胶法制备Li4Ti5012 容易发生颗粒的溶融和团聚[MarcinLapirTskin,BarbaraKos'cielska，Wojciech Sadowski.Thestudyofstructureandsurfacemorphologyoflithiumtitanate sol-gelderivedthinfilms[J].JournalofPhysicsandChemistryofSolids 74(2013)575-578.]。溶剂热法需要严格控制溶剂热的条件[Yu-ShengLin，Jenq-Gong Duh，Min-ChiaoTsai,Chi-YoungLee.Self-assembledsynthesisofmonodispersed mesoporousLi4Ti5012beadsandtheirapplicationsinsecondarylithium-ion batteries[J].ElectrochimicaActa83 (2012) 47-52.]。水热法存在反应时间长、成 本高及安全性能差等缺点[WenliZhang，JinfengLi，YibiaoGuan，YiJin，Wentao Zhu，XunGuo,XinpingQiu.Nan0-Li4Ti5012withhighrateperformancesynthesized byaglycerolassistedhydrothermalmethod[J]?JournalofPowerSources 243(2013)661-667.]。而微波水热技术是制备电极材料较常见的湿法合成法，但用于合成 Li4Ti5012的研究却较少。微波水热技术通过分子极化和离子导电两个效应对物质直接加 热，它消除了传统加热方式的热量损失，因而微波加热的热效率特别高，具有加热速度快、 加热均匀无温度梯度、无滞后效应等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法加热速度 快，生产效率高，制备过程简单，适合工业化生产。 本专利技术是通过以下技术方案来实现： -种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法，包括以下步骤： 1)选取锂源，将该锂源配制成浓度为1. 0?2. 5mol/L的含锂溶液，向含锂溶液中 加入钛源，混匀得到混合溶液，将混合溶液在20?100°C下，充分搅拌均匀，得到反应前驱 液；其中，混合溶液中锂原子与钛原子的摩尔比为2?15 :1; 2)将反应前驱液在120?220°C下，微波水热反应20?150min，冷却，然后离心得 到沉淀，将沉淀清洗后进行干燥，得到钛酸锂前驱体； 3)将钛酸锂前驱体在200?500°C下，热处理2?15h，得到倍率性能良好的钛酸 锂。 所述锂源为碳酸锂、草酸锂、硝酸锂、醋酸锂或氢氧化锂。 所述钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、硫酸钛、二氧化钛或偏钛酸中的一种或几 种。 步骤1)所述的充分搅拌均匀是将混合溶液磁力搅拌20?120min。 步骤2)所述的微波水热反应的微波功率为400?1200瓦。 步骤2)所述的微波水热反应是将反应前驱液置于以聚四氟乙烯作为内衬的微波 水热反应釜中进行，所述微波水热反应釜的填充比为30%?70%。 步骤2)所述的清洗是将离心得到的沉淀依次经去离子水和无水乙醇清洗。 步骤2)所述的干燥是将清洗后的沉淀在50?100°C下干燥1?8h。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果： 本专利技术采用微波水热法制备钛酸锂电极材料，该方法有效地结合了水热法和微波 技术的优点，可以在短的时间内制备出产物纯度高、结晶性良好的钛酸锂粉体，同时，该微 波水热法制备工艺流程简单，条件适中，不需要特殊的工艺设备，易于工业化生产。 经本专利技术方法制备的钛酸锂材料能够达到纳米级，该材料有效地缩短了锂离子的 扩散路径，提高了其倍率性能，同时该材料具有较大的比表面积，有效地增加了与电解液的 接触面积，改善了其导电性，具有良好的电化学性能。 【附图说明】 图1为本专利技术制备的钛酸锂X射线衍射图； 图2为本专利技术制备的钛酸锂场发射形貌图； 图3为本专利技术制备的钛酸锂透射电镜图； 图4为本专利技术制备的钛酸锂电极材料的倍率性能测试图； 图5为本专利技术制备的钛酸锂电极材料在0. 1C首次充放电曲线图。 【具体实施方式】 下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而 不是限定。 实施例1 -种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法，包括以下步骤： (1)配制浓度为2. 5mol/L的碳酸锂溶液40mL，加入二氧化钛，混匀得到混合溶液， 使得锂与钛摩尔比为3:1，将此混合溶液在20°C，磁力搅拌80min，得到反应前驱液； (2)将反应前驱液转移至聚四氟乙烯内衬的微波水热反应釜中，在150°C，600瓦 下，微波水热反应80min，微波水热反应釜的填充比为50%;反应后冷却至室温，之后离心， 分离出沉淀物，分别用去离子水和无水乙醇进行清洗。将沉淀物在150°C下干燥lh，得到钛 酸锂前驱体； (3)将该钛酸锂前驱体在300°C热处理8h，最终得到产物倍率性能良好的钛酸锂。 从图1可以看出，所制备的钛酸锂为纯相钛酸锂，其每个衍射峰均与标准卡片 Li4Ti5012(JCPDSNo. 49-0207)的标准峰都相对应的很好，没有明显杂质出现，产物纯度较 高，并且产物结晶性较好。从图2和图3可以看出，所制备的钛酸锂为纳米级颗粒。图4为该 钛酸锂电极材料在0. 1C倍率下的首次充放电曲线图，可以看出其具有明显的充放电平台， 且放电比容量较高，已经超过了其理论值175. 4mAh/g。从图5的该钛酸锂电极材料的倍率 性能测试图可以看出，在0. 1C的倍率下其放电比容量保持在175mAh/g，在20C的倍率下其 放电比容量保持在135mAh/g，约为0. 1C倍率的77%，显示出其具有良好的倍率性能；在大 倍率放电后回到小倍率下的放电容量依旧很高，基本可以恢复到原来的水平，且趋于平稳， 表明了其具有良好的电化学性能。 实施例2 -种倍率性能良好的钛酸锂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选取锂源，将该锂源配制成浓度为1.0～2.5mol/L的含锂溶液，向含锂溶液中加入钛源，混匀得到混合溶液，将混合溶液在20～100℃下，充分搅拌均匀，得到反应前驱液；其中，混合溶液中锂原子与钛原子的摩尔比为2～15:1；2)将反应前驱液在120～220℃下，微波水热反应20～150min，冷却，然后离心得到沉淀，将沉淀清洗后进行干燥，得到钛酸锂前驱体；3)将钛酸锂前驱体在200～500℃下，热处理2～15h，得到倍率性能良好的钛酸锂。

【技术特征摘要】
1. 一种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 选取锂源，将该锂源配制成浓度为1. 0?2. 5mol/L的含锂溶液，向含锂溶液中加入 钛源，混匀得到混合溶液，将混合溶液在20?100°C下，充分搅拌均匀，得到反应前驱液；其 中，混合溶液中锂原子与钛原子的摩尔比为2?15:1 ; 2) 将反应前驱液在120?220°C下，微波水热反应20?150min，冷却，然后离心得到沉 淀，将沉淀清洗后进行干燥，得到钛酸锂前驱体； 3) 将钛酸锂前驱体在200?500°C下，热处理2?15h，得到倍率性能良好的钛酸锂。2. 根据权利要求1所述的一种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法，其特征在于，所述 锂源为碳酸锂、草酸锂、硝酸锂、醋酸锂或氢氧化锂。3. 根据权利要求1所述的一种倍率性能良好的钛酸锂的制备方法，其特征在于，所述 钛源为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、硫酸钛、二氧化钛或偏钛酸中的一种或几种。4. 根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，惠亚妮，黄剑锋，欧阳海波，许占位，李嘉胤，张婉卓，李翠艳，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61