一种正八面体形貌锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种正八面体形貌锂离子电池负极材料Li

Method for preparing negative electrode material of positive lithium ion battery of shape of eight sides

The invention discloses a positive eight surface shape lithium ion battery negative electrode material Li

【技术实现步骤摘要】
一种正八面体形貌锂离子电池负极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，特别提供了一种正八面体形貌的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2及其制备方法。
技术介绍
目前商品化的锂离子电池大多采用石墨等碳材料作为负极材料，但是由于其存在的安全隐患以及很不理想的循环性能，促使人们继续研究寻找能够替代碳材料的负极材料。尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)作为新型储能电池的电极材料近年来日益受到人们的重视，这是因为尖晶石型钛酸锂插入和脱出前后的晶格常数变化很小，称为锂离子插入的零应变材料，因而理论上可以具有优异的循环稳定性。同时，尖晶石钛酸锂具有良好的扛过充性能及热稳定性能、安全性能和比容量大等特点，是一种优异的新型离子电池材料。相比于目前大多采用的碳负极材料，使用钛酸锂作为负极材料具有原料来源丰富、材料结构稳定性好、放电电压平台稳定、循环性能优良、安全性可靠等独特优势。但由于高电位带来的电池电压低、导电性差、大电流放电易产生较大极化等问题也限制了钛酸锂的大规模的使用。尖晶石型Li4Ti5O12(LTO)由于其“零应变”结构及较高的嵌锂电位(1.55V，VSLi/Li+)，使其不仅具有良好的循环性能，而且具有很好的安全性能，因此成为研究热点。然而，此材料的低电导率(＜10-13S·cm-1)限制了它的应用。因此，致力于发展LTO的一种既具有优良电化学性能，又安全稳定的无碳复合材料成为新的热点。近年许多技术人员致力于一种高倍率性能及优异循环性能的无碳负极材料的制备。据了解，rutile-TiO2具有锂离子嵌入-脱嵌速率快、容量大的优点，循环稳定性好等特性，因此，很多研究致力于LTO与rutile-TiO2的复合，据报道，Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料具有容量大高倍率性能、循环稳定等一系列优点。但目前研制合成的Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料的形貌主要为普通片状、颗粒状。多次的电化学性能测试表明普通片状、颗粒状的Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料的电化学性能并没有达到理想状态，所以一种合成特殊形貌的Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料的方法研究迫在眉睫。
技术实现思路
鉴于形貌对Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料形貌的其电化学性质有重要影响，本专利技术目的在于提供一种正八面体形貌锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的制备方法，以进一步提高其电化学性能。且大量的电化学性能试验测试表明这种三维结构的正八面体形貌的Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料，不仅具备容量大、安全性高等特点，而且在大电流下Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料也表现出了高倍率性能、循环稳定等优点。本专利技术提供的技术方案，具体为：一种正八面体形貌锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的制备方法，包括如下步骤：1)室温下，将CH3COOLi·2H2O、氨水置于乙二醇中，充分搅拌混合后，加入硫酸钛，干燥条件下，反应10-12h，得反应液；2)向所述反应液中加入去离子水，搅拌1-2min，得乳白色溶液，将所述乳白色溶液移至反应釜中，180-200℃反应40-45h，离心分离，收集沉淀，乙醇洗涤，70-80℃真空干燥6-8h，得产物前驱体；3)将所述产物前驱体置于空气氛围中，490-700℃煅烧2-3h，自然冷却至室温，研磨，得目标产物。所述的制备方法，步骤1)中CH3COOLi·2H2O和硫酸钛按照Li/Ti摩尔比为4:5～5.5的比例进行配料。所述的制备方法，步骤1)中氨水、硫酸钛的加入方式均为逐滴加入。所述的制备方法，步骤1)中搅拌为磁力搅拌。所述的制备方法，步骤1)中的CH3COOLi·2H2O和乙二醇按质液g/ml比为0.169-0.175：25-28的比例配料。所述的制备方法，步骤1)中氨水的用量：使反应液的pH值为9.5-11.5。所述的制备方法，所述步骤3)中煅烧的温度为590-600℃。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的制备方法，是采用水热合成法，以硫酸钛、氨水和CH3COOLi·2H2O为原料，以乙二醇为溶剂，于室温条件下，反应制得前驱体；将前驱体于空气氛围中，高温烧结得目标产物，通过该方法制备而成的锂离子电池负极材料为正八面体形貌的Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料，在保持LTO优良特性的前提下，不仅实现解决了嵌锂碳材料的安全隐患问题，而且尤为重要的是，其特殊的三维正八面体结构进一步提高了材料的电化学性能，且其采用极其简单的水热法一步合成，特别有利于实现LTO电极材料的商品化，推动锂离子电池负极材料新时代。附图说明图1为实施例1-3不同温度煅烧所得电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的XRD图；其中，a、490-500℃；b、590-600℃；c、690-700℃。图2为实施例1-3不同温度煅烧所得电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的SEM图；其中，a、490-500℃；b、590-600℃；c、690-700℃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专利技术的保护范围。为了解决以往锂离子电池负极材料的形貌对其电化学性质的影响，本实施方案提供了一种正八面体锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的制备方法，包括如下步骤：1)室温下，将CH3COOLi·2H2O、氨水置于乙二醇中，充分搅拌混合后，加入硫酸钛，干燥条件下，反应10-12h，得反应液；2)向所述反应液中加入去离子水，搅拌1-2min，得乳白色溶液，将所述乳白色溶液移至反应釜中，180-200℃反应40-45h，离心分离，收集沉淀，乙醇洗涤，70-80℃真空干燥6-8h，得产物前驱体；3)将所述产物前驱体置于空气氛围中，490-700℃煅烧2-3h，自然冷却至室温，研磨，得目标产物。其中，为了确使制备而成的负极材料能够呈现正八面体，在步骤1)中选用作为Li源和Ti源的两种原料，其必须为液态，因而需要使用乙二醇溶解CH3COOLi·2H2O，为了使乙二醇能够充分溶解CH3COOLi·2H2O,通常0.169-0.175g的CH3COOLi·2H2O需要25-28ml乙二醇；氨水的作用是调节反应体系的PH为9.5-11.5。步骤2)中加入去离子水，搅拌，是为了使硫酸钛进一步充分水解。随后将所得乳白色溶液移入反应釜，180-200℃反应40-45h，目的是水热反应形成前驱体；步骤3)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Li4Ti5O12/rutile-TiO2负极材料，从而获得理想的负极材料。为了确保所制得的材料能够为正八面体型Li4Ti5O12/rutile-TiO2复合材料。优选将分别作为Li源和Ti源的原料CH3COOLi·2H2O和硫酸钛按照Li/Ti＝4:5～5.5进行配料，上述Li/Ti是指摩尔比，以确保形成的为Li4Ti5O12/rutile-TiO2负极材料。为了确使原料CH3COOLi·2H2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正八面体形貌锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)室温下，将CH

【技术特征摘要】
1.一种正八面体形貌锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)室温下，将CH3COOLi·2H2O、氨水置于乙二醇中，充分搅拌混合后，加入硫酸钛，干燥条件下，反应10-12h，得反应液；2)向所述反应液中加入去离子水，搅拌1-2min，得乳白色溶液，将所述乳白色溶液移至反应釜中，180-200℃反应40-45h，离心分离，收集沉淀，乙醇洗涤，70-80℃真空干燥6-8h，得产物前驱体；3)将所述产物前驱体置于空气氛围中，490-700℃煅烧2-3h，自然冷却至室温，研磨，得目标产物-正八面体形貌锂离子电池负极材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2。2.按照权利要求1所述的制备方法，其特...

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