一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag及其制备方法，其采用水解辅助以及进一步煅烧的简单方法制备Li4Ti5O12/TiO2材料；随后，又采用AgNO3热分解以沉积金属Ag的方式，并加以超声辅助制得目标产物Li4Ti5O12/TiO2/Ag复合材料。本发明专利技术提供的制备方法简便、易操作，通过该方法制备而成的锂离子电池负极材料为纳米粒子结构，增大了材料的比表面积；同时在保持尖晶石型Li4Ti5O12优良特性的前提下，兼具了TiO2以及金属Ag的优势，进一步提高了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，特别提供了一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag及其制备方法。
技术介绍
目前,高倍率锂离子电池所用负极材料主要是石墨类碳材料,该类材料最大的问题是在大电流充电过程中其表面易形成锂枝晶,从而严重影响了材料容量的发挥并由此引发安全性问题。尖晶石型Li4Ti5O12(LTO)是一种“零应变”材料，这种特殊的性能使得其在锂离子嵌入/嵌出过程中有着良好的可逆性；而且，Li4Ti5O12有着稳定、较高的工作电压(约1.55V，vsLi+/Li)，这可以避免锂枝晶的形成以及SEI膜的产生，从而提高了电池安全性。正是由于这两个特征，Li4Ti5O12成为最有前景的锂离子电池负极材料；然而，其低的电子导电性以及弱的锂离子扩散性影响了锂离子电池高倍率性能，进而限制了其大规模的应用。目前为止，研究者们采取了许多的措施以提高LTO电子和离子导电性，包括合成纳米材料、体相掺杂以及高导电性材料包覆等。近几年来，少数研究者致力于发展Ag负载LTO材料，以提高LTO的电子导电性，进而改善其高倍率性能以及循环性能，并取得了不错的成果。同时，Rutile-TiO2在锂离子嵌入-脱嵌过程中速率快，有着较高的容量以及良好的循环稳定性。据了解，对于锂离子电池负极，关于Li4Ti5O12/TiO2/Ag复合材料的研究很少报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag及其制备方法，以提供一种简单高效方法制备具有优异性能的锂离子电池负极材料。本专利技术提供的技术方案，具体为，一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag的制备方法，包括如下步骤：1)室温条件下，将钛酸四丁酯置于无水乙醇中，搅拌并充分混合1h，得溶液A；随后将CH3COOLi·2H2O溶于少量去离子水中，充分溶解后，加到上述溶液A中，干燥条件下，反应10-12h，得乳白色反应液；2)将乳白色反应液置于90℃等温水浴下反应1h；随后，于70-80℃真空干燥6-8h，得中间产物前驱体；3)将中间产物前驱体置于空气氛围中，590-800℃煅烧6-7h，随炉冷却至室温，研磨，得中间产物Li4Ti5O12/TiO2。4)室温下，取适量AgNO3与所制的Li4Ti5O12/TiO2于去离子水中，超声分散2h后，70-80℃真空干燥6-8h，得目标产物前驱体粉末；随后研磨，空气氛围下于马弗炉中500℃煅烧2h，得目标产物Li4Ti5O12/TiO2/Ag。优选，步骤1)中CH3COOLi·2H2O和钛酸四丁酯按照摩尔比Li：Ti＝4:5～5.5进行配料。进一步优选，步骤1)中CH3COOLi·2H2O溶液的加入方式为逐滴加入。进一步优选，步骤1)中搅拌为磁力搅拌。进一步优选，步骤3)中煅烧的温度为690-700℃。进一步优选，步骤4)中Ag对Li4Ti5O12/TiO2的质量百分比为3-8wt％，具体为3wt％、5wt％和8wt％，从而优选出最佳Ag的用量。本专利技术还提供了一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag，所述负极材料由上述任意一种方法制备而成。本专利技术提供的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag及其制备方法，其采用水解辅助以及进一步煅烧的简单方法制备Li4Ti5O12/TiO2材料；随后，又采用AgNO3热分解以沉积金属Ag的方式，并加以超声辅助的方式制得目标产物Li4Ti5O12/TiO2/Ag复合材料。本专利技术提供的制备方法简便、易操作，通过该方法制备而成的锂离子电池负极材料为纳米粒子结构，增大了材料的比表面积；同时在保持尖晶石型Li4Ti5O12优良特性的前提下，兼具了TiO2以及金属Ag的优势，进一步提高了其作为锂离子电池负极材料时的电化学性能。该方法制备的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag有利于实现Li4Ti5O12电极材料的商品化，从而促进其大规模的实际应用。附图说明图1为不同温度煅烧所得中间产物Li4Ti5O12/TiO2的XRD图；其中，a、590-600℃；b、690-700℃；c、790-800℃。图2为690-700℃煅烧所得中间产物Li4Ti5O12/TiO2进一步处理所得的电池负极材料Li4Ti5O12-TiO2/Ag的XRD图；其中，Ag对Li4Ti5O12/TiO2的质量百分比分别为a、3wt％；b、5wt％；c、8wt％。具体实施方式下面结合具体的实施方案对本专利技术进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。为了进一步改善锂离子电池负极材料的应用范围和制备方法中存在的制备工艺复杂、不易控制等问题，本实施方案提供了一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag的简单制备方法，包括如下步骤：1)室温条件下，将钛酸四丁酯置于无水乙醇中，搅拌并充分混合1h；随后将CH3COOLi·2H2O溶于少量去离子水中，充分溶解后，加到上述溶液中，干燥条件下，反应10-12h，得乳白色反应液；2)将所述乳白色溶液置于90℃等温水浴下反应1h；随后，于70-80℃真空干燥6-8h，得中间产物前驱体；3)将所述产物前驱体置于空气氛围中，590-800℃煅烧6-7h，随炉冷却至室温，研磨，得中间产物Li4Ti5O12/TiO2。4)室温下，取适量AgNO3与所制的Li4Ti5O12/TiO2于去离子水中，超声分散2h后，70-80℃真空干燥6-8h，得目标产物前驱体粉末；随后研磨，空气氛围下于马弗炉中500℃煅烧2h，得Li4Ti5O12/TiO2/Ag目标产物。其中，为了确保所制得的负极材料能呈现出良好的电化学性能，在步骤1)中选用的两种原料Li源和Ti源，二者必须为液态，从而能更好的接触反应，故需要使用无水乙醇溶解钛酸四丁酯，并磁力搅拌1h使其充分混合；同时要逐滴加入CH3COOLi·2H2O水溶液，否则乙醇中的钛酸四丁酯水解过快，使溶液不均匀；通常0.530-0.550g的CH3COOLi·2H2O需要大约10-12ml的去离子水溶解。综合考虑，实验所用无水乙醇为17-25ml。步骤2)将乳白色溶液充分干燥，研磨，得中间产物前驱体。步骤3)中在空气氛围中进行煅烧的目的在于将前驱体在高温条件下转化为中间产物Li4Ti5O12/TiO2。步骤4)中选用超声分散是使Li4T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)室温条件下，将钛酸四丁酯置于无水乙醇中，搅拌并充分混合1h，得溶液A；随后将CH3COOLi·2H2O溶于去离子水中，充分溶解后，得CH3COOLi·2H2O水溶液，将CH3COOLi·2H2O水溶液加到溶液A中，干燥条件下，反应10‑12h，得乳白色反应液；2)将乳白色反应液置于等温水浴下反应；随后，于70‑80℃真空干燥6‑8h，得中间产物前驱体；3)将中间产物前驱体置于空气氛围中，590‑800℃煅烧6‑7h，随炉冷却至室温，研磨，得中间产物Li4Ti5O12/TiO2；4)室温下，取适量AgNO3与所制的中间产物Li4Ti5O12/TiO2于去离子水中，超声分散后，于70‑80℃真空干燥6‑8h，得粉末状目标产物前驱体；随后研磨，空气氛围下于马弗炉中500℃煅烧2h，得目标产物Li4Ti5O12/TiO2/Ag。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/TiO2/Ag的制备方法，其特征在于，
包括如下步骤：
1)室温条件下，将钛酸四丁酯置于无水乙醇中，搅拌并充分混合1h，得溶
液A；随后将CH3COOLi·2H2O溶于去离子水中，充分溶解后，得CH3COOLi·2H2O
水溶液，将CH3COOLi·2H2O水溶液加到溶液A中，干燥条件下，反应10-12h，
得乳白色反应液；
2)将乳白色反应液置于等温水浴下反应；随后，于70-80℃真空干燥6-8h，
得中间产物前驱体；
3)将中间产物前驱体置于空气氛围中，590-800℃煅烧6-7h，随炉冷却至室
温，研磨，得中间产物Li4Ti5O12/TiO2；
4)室温下，取适量AgNO3与所制的中间产物Li4Ti5O12/TiO2于去离子水中，
超声分散后，于70-80℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛昊，崔潞霞，郝婷婷，陈丽，宋溪明，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21