一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料、制备方法及其应用，将锂源与表面活性剂溶于无水乙醇中，再加入冰醋酸和钛源，混匀后，雾化后干燥分解，得驱体；再高温煅烧后得到多孔球状钛酸锂/二氧化钛复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术制备的球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米，球形均匀完美，有利于振实和压实；其多孔结构，有利于电解液的渗透和扩散，同时便于锂离子的传输；尺寸在0.2～1微米，无需后续筛选；而且，本发明专利技术制备的制备方法简单，设备要求低，无需预烧和混料，普通高温炉即满足生产；作为电极材料，具有较高的比容量，在1C倍率下容量高达166mAh/g。

【技术实现步骤摘要】
一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及锂离子电池正极材料领域，具体是涉及一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料、制备方法及其应用。
技术介绍
锂离子电池相对于传统的二次电池而言，基于其自身的优势包括能量密度高、循环寿命长、稳定性好、无记忆效应等日益受到人们的关注，锂离子已经被广泛应用到手机、笔记本电脑、电动车等多种便携式电子产品中。近年来，由于人们的环保意识越来越强，锂离子电池的应用也已经拓展到纯动力车和混合动力车的范围。目前，商业化的锂离子电池负极材料主要还是采用碳基材料，虽然碳材料便宜、无毒性，但其本身存在着缺陷。碳基材料作为锂电负极时，插锂后形成的化合物与锂的电位相差不到0.5V，当电池过充时，碳电极表面易析出很活泼的金属锂，形成枝晶锂，可能会刺穿隔膜造成短路的危险。除此之外，碳基材料的循环稳定性差、首次库伦效率低，还容易与电解液发生作用。这些缺点都不利于电池的稳定和安全。与碳基材料相比，钛酸锂材料(Li4Ti5O12)则具有明显优势：首先，钛酸锂材料是零应变材料，在充放电前后晶体结构非常稳定，几乎不发生变化，能够避免在充放电过程中由于电极材料来回伸缩而产生的结构破坏，从而具有优越的循环性能；再者，钛酸锂材料拥有较高的离子扩散系数，通常比碳负极材料高一个数量级，而且它的热稳定性能很好；其次，它具有较平稳的充放电平台，平均电压平台为1.56V，实际比容量能达到165mAh/g(理论比容量175mAh/g)；最后，钛酸锂材料价格便宜，易于制备，适合商业化生产。因此，钛酸锂可以作为一种理想的代替碳基材料的电极材料。同时，经过调研相关文献我们发现，钛酸锂/二氧化钛复合材料的电化学性能要优于纯相的钛酸锂材料，具有较高的比容量，球状多孔结构钛酸锂/二氧化钛复合材料还未见报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料及其制备方法，采用喷雾干燥辅助合成方法，制备得到的球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料具有高比容量、高倍率性能以及长寿命等特点。本专利技术还提供了一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的应用。本专利技术提供的一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，为球形多孔结构，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米。本专利技术提供的一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)、将锂源与表面活性剂溶于无水乙醇中，再加入冰醋酸和钛源，超声混合均匀，得到混合溶液；(2)、将步骤(1)所得混合溶液进行雾化器雾化，通过高温炉干燥分解，收集球形前驱体；(3)、将步骤(2)中所收集的前驱体在空气氛围中，高温煅烧后，自然冷却至室温，即可得到多孔球状钛酸锂/二氧化钛复合材料。步骤(1)得到的混合溶液中，混合溶液中锂源、钛源、表面活性剂、乙醇、醋酸各物质的摩尔比例范围为：0.1-1:1:0.005-0.03:120-250:0.6-7，锂源选自硝酸锂、氯化锂、醋酸锂，钛源选自钛酸四丁酯(TBOT)，所述表面活性剂为P123、F127、CTAB任意一种，加入的冰醋酸旨在控制钛酸四丁酯的水解。步骤(2)中所述雾化器的功率为35W，频率为1.7MHz。步骤(2)中所述高温炉干燥分解炉温是450-480℃。步骤(3)中所述高温煅烧条件为：升温速度5℃/min，在600℃煅烧4-8h。本专利技术提供的一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的应用，作为电极材料的应用。将所得球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料、超级P-Li导电炭黑和PVDF粘合剂分别按照75:15:10的比例充分研磨混匀，并调成均匀浆料，涂覆Cu箔上，烘干，压实。在高纯氩气(纯度大于99.99％)气氛的手套箱中组装成2032型扣式电池(H2O含量小于1ppm，O2含量小于3ppm)。其中金属锂片作为负极。与现有技术相比，本专利技术制备的球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米，球形均匀完美，有利于振实和压实；其多孔结构，有利于电解液的渗透和扩散，同时便于锂离子的传输；尺寸在0.2～1微米，无需后续筛选；而且，本专利技术制备的制备方法简单，设备要求低，无需预烧和混料，普通高温炉即满足生产；作为电极材料，具有较高的比容量，在1C倍率下容量高达166mAh/g。附图说明图1为实施实例1所得球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；图2为实施实例1所得球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的X-射线粉末衍射(XRD)花样；图3为实施实例1和实施例5所得球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料组装的2032型扣式电池在1C倍率的充放电曲线；图4为实施实例1和实施例5所得球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料以及对比例1和对比例2所得球形钛酸锂/二氧化钛复合材料组装的2032型扣式电池在2C倍率下的容量循环图。具体实施方式实施例1一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，为球形多孔结构，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米。一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)、称取0.1544克LiNO3和0.25克P123溶于20mL乙醇溶液中，再向所得溶液中加入0.5mL冰醋酸溶液和1mL钛酸四丁酯(TBOT)溶液，超声下混合均匀；(2)、将步骤(1)所得反应物混合溶液在雾化器中雾化，同时于真空氛围中在真空泵的引流作用下，将雾气经玻璃导管导入高温炉中，经过高温炉480℃下干燥分解，得到固体产物即球形前驱体；(3)、将收集的粉末在空气中600℃煅烧8小时，升温速率5℃/min。一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的应用，作为电极材料的应用。实施例2一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，为球形多孔结构，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米。一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)、称取0.0193克LiNO3和0.032克F127溶于20mL乙醇溶液中，再向所得溶液中加入0.5mL冰醋酸溶液和0.9mLTBOT溶液，超声下混合均匀；(2)、将步骤(1)中所得溶液用雾化器雾化，通过高温炉干燥分解(炉温480℃)，最后收集粉末颗粒；(3)、将收集的粉末在空气中600℃煅烧8小时，升温速率5℃/min。一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的应用，作为电极材料的应用。实施例3一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，为球形多孔结构，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米。一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)、称取0.0965克LiNO3和0.10克P123溶于20mL乙醇溶液中，再向所得溶液中加入0.5mL冰醋酸溶液和1mLTBOT溶液，超声下混合均匀；(2)、将步骤(1)中所得溶液用雾化器雾化，通过高温炉干燥分解(炉温480℃)，最后收集粉末颗粒；(3)、将收集的粉末在空气中600℃煅烧8小时，升温速率5℃/min。一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的应用，作为电极材料的应用。实施例4一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，为球形多孔结构，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米。一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)、称取0.1158克LiNO3和0.50克P123溶于20mL乙醇溶液中，再向所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料为球形多孔结构，尺寸为0.2～1微米，孔径15～20纳米。

【技术特征摘要】
1.一种球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料，其特征在于，所述球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料为球形多孔结构，尺寸为0.2~1微米，孔径15~20纳米；所述的球形多孔钛酸锂/二氧化钛复合材料通过以下步骤制备：（1）、将锂源与表面活性剂溶于无水乙醇中，再加入冰醋酸和钛源，超声混合均匀，得到混合溶液；（2）、将步骤（1）所得混合溶液进行雾化器雾化，通过高温炉干燥分解，收集球形前驱体；（3）、将步骤（2）中所收集的前驱体在空气氛围中，高温煅烧后，自然冷却至室温，即可得到多孔球状钛酸锂/二氧化钛复合材料；步骤（2）中所述雾化器的功率为35W，频率为1.7MHz；步骤（2）中所述高温炉干燥分解炉温是450-480℃；步骤（1）得到的混合溶液中，混合溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿保友，汪青，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34