一种锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法，属于电池电极材料技术领域。包括以下步骤：1)将含锂溶液滴入钛酸四丁酯溶液中，充分搅拌均匀，制得乳浊液；2)将乳浊液置于烘箱中，反应至乳浊液变为固态产物；3)将步骤2)制得的固态产物研磨后热处理，得到锂离子电池负极材料钛酸锂。本发明专利技术方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。经本发明专利技术方法制备的钛酸锂材料纯度高、结晶性良好，并且能够达到纳米级，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，具有良好的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池电极材料
，具体涉及。
技术介绍
锂离子二次电池自上世纪末问世以来，其发展速度很快，已经受到了多家知名企业的关注，并大力研发使其进入商业化生产，目前在电动汽车领域已经有了一定比例的应用。锂离子电池在电动汽车、电动自行车等民用产品上有着巨大的商业前景，还在航天领域有着重大的应用。这就要求该种电池具有很高的可靠性和低温工作性能，同时还要求电池的循环寿命长，能量密度高，体积和质量小等。尖晶石型钛酸锂Li4Ti5O12 (LTO)是一种零应变材料，循环性能好、充放电电压平台平稳、安全性高、价格低且容易制备，是很有潜力的动力型锂离子电池负极材料.北京交通大学学报(2010) 343] οLi4Ti5O12的合成方法比较多，通常有固相反应法04for rechargeablelithium cells.Electrochem Soc, 1995，142 (5):1431-1435.]、高能球磨法.SolidState 1nics, 2001，144:185-192.]以及溶胶-凝胶法.Journal of Power Sources, 2006，158:1358-1364.]。固相法虽然操作简单，但是也存在着反应不完全，需高温长时间热处理，产物形貌较难控制等。高能球磨法的制备能耗高。溶胶-凝胶法因添加了有机化合物造成成本上升，且工艺复杂，难以实现大规模工业化。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供，该方法操作过程简单，重复性高，产率大，适合工业化生产；经该方法制得的钛酸锂离子电池负极材料具有比容量大，导电性好，循环次数高的优点。本专利技术是通过以下技术方案来实现:1、，包括以下步骤:I)将含锂溶液滴入钛酸四丁酯中，充分搅拌均匀，制得乳浊液，乳浊液中Li与Ti的摩尔比为0.7?1.5:1 (锂原子与钛原子的摩尔比);2)将乳浊液置于烘箱中，调节烘箱温度为70?100°C，反应至乳浊液变为固态产物；3)将步骤2)制得的固态产物研磨后，在400?1000°C下热处理2?15h，得到锂离子电池负极材料钛酸锂。含锂溶液中的锂离子浓度为0.2?5mol/L。含锂溶液为碳酸锂、草酸锂、醋酸锂或氢氧化锂的水溶液。步骤I)所述的充分搅拌均匀是在20?100°C下，磁力搅拌20?120min。所述步骤2)乳浊液在烘箱中的反应时间为I?48h与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果:本专利技术采用沉淀法制备钛酸锂电极材料，利用钛酸四丁酯水解生成的二氧化钛，与溶液中的锂源在较高的温度下生成钛酸锂的前驱体，之后经过热处理生成最终的产物钛酸锂，该方法使钛源和锂源充分接触，达到分子级别的混合，可以充分的利用原料，降低原料的损失率，制备工艺流程简单，条件适中。同时，该方法所需要的合成设备仅仅是烘箱，不同于其他合成方法所需要用的水热釜或者是微波水热仪等高成本设备，它具有成本低廉，容易实现，操作简单，安全性系数高，容易实现工业化生产等特点。经本专利技术方法制备的钛酸锂材料纯度高、结晶性良好，并且能够达到纳米级，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，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电极材料的倍率性能测试图。【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1I)将锂离子浓度为0.5?lmol/L的草酸锂溶液缓慢滴入钛酸四丁酯中，使得乳浊液中Li与Ti的摩尔比为:n(Li/Ti) = 0.75:1，充分搅拌，制得乳浊液；2)将此乳浊液放入烘箱进行反应，烘箱的温度为80°C，12h后将已经变为固态的产物从烘箱中取出来；3)将产物研磨后，在600°C下进行热处理，热处理时间为3h，得到最终产物。参见图1?3，从图1可以看出，所制备出的产物的各个衍射峰都很尖锐，强度都很高，并且也没有其他杂相的出现，表明了产物为纯相钛酸锂。从图2可以看出，所制备出的钛酸锂为纳米级小颗粒，并且呈现出疏松的结构，这类结构的电极材料有利于锂离子和电子嵌入和脱出，也可以充分地与电解液接触，因而会具有良好的电化学性能，在图3的倍率性能测试中可以明显的得出，改钛酸锂材料具有较高的放电比容量和良好的倍率性能。实施例2I)将锂离子浓度为2?4mol/L醋酸锂溶液缓慢滴入钛酸四丁酯中，使得乳浊液中Li与Ti的摩尔比为:n(Li/Ti) = 0.85:1，充分搅拌，制得乳浊液；2)将此乳浊液放入烘箱进行反应，烘箱的温度为70°C，5h后将已经变为固态的产物从烘箱中取出来；3)将产物研磨后，在1000°C下进行热处理，热处理时间为8h，得到最终产物。实施例3I)将锂离子浓度为I?4mol/L氢氧化锂溶液缓慢滴入钛酸四丁酯中，使得乳浊液中Li与Ti的摩尔比为:n(Li/Ti) = 1.2:1，充分搅拌，制得乳浊液；2)将此乳浊液放入烘箱进行反应，烘箱的温度为100°C，8h后将已经变为固态的产物从烘箱中取出来；3)将产物研磨后，在800°C下进行热处理，热处理时间为6h，得到最终产物。实施例4I)将锂离子浓度为0.6?2mol/L碳酸锂溶液缓慢滴入钛酸四丁酯中，使得乳浊液中Li与Ti的摩尔比为:n(Li/Ti) = 1.5:1，充分搅拌，制得乳浊液；2)将此乳浊液放入烘箱进行反应，烘箱的温度为90°C，48h后将已经变为固态的产物从烘箱中取出来；3)将产物研磨后，在800°C下进行热处理，热处理时间为10h，得到最终产物。实施例5I)将锂离子浓度为3?5mol/L草酸锂溶液缓慢滴入钛酸四丁酯中，使得乳浊液中Li与Ti的摩尔比为:n(Li/Ti) = 1:1，充分搅拌，制得乳浊液；2)将此乳浊液放入烘箱进行反应，烘箱的温度为70°C，48h后将已经变为固态的产物从烘箱中取出来；3)将产物研磨后，在400°C下进行热处理，热处理时间为7h，得到最终产物。综上所述，本专利技术采用沉淀法制备钛酸锂电极材料，是一种操作简单低耗能的制备方法，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。【主权项】1.，其特征在于，包括以下步骤: 1)将含锂溶液滴入钛酸四丁酯中，充分搅拌均匀，制得乳浊液，乳浊液中Li与Ti的摩尔比为0.7?1.5:1 ; 2)将乳浊液置于烘箱中，调节烘箱温度为70?100°C，反应至乳浊液变为固态产物； 3)将步骤2)制得的固态产物研磨后，在400?1000°C下热处理2?15h，得到锂离子电池负极材料钛酸锂。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，含锂溶液中的锂离子浓度为0.2?5mol/L。3.根据权利要求1或2所述的，其特征在于，含锂溶液为碳酸锂、草酸锂、醋酸锂或氢氧化锂的水溶液。4.根据权利要求1所述的，其特征在于，步骤I)所述的充分搅拌均匀是在20?100°C下，磁力搅拌20?120min。5.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述步骤2)乳浊液在烘箱中的反应时间为I?48h。【专利摘要】本专利技术公开了，属于电池电极材料
包括以下步骤：1)将含锂溶液滴入钛酸四丁酯溶液中，充分搅拌均匀，制得乳浊液；2)将乳浊液置于烘箱中，反应至乳浊液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将含锂溶液滴入钛酸四丁酯中，充分搅拌均匀，制得乳浊液，乳浊液中Li与Ti的摩尔比为0.7～1.5:1；2)将乳浊液置于烘箱中，调节烘箱温度为70～100℃，反应至乳浊液变为固态产物；3)将步骤2)制得的固态产物研磨后，在400～1000℃下热处理2～15h，得到锂离子电池负极材料钛酸锂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，张婉卓，惠亚妮，曹丽云，许占位，李嘉胤，欧阳海波，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