一种中空微米球形钛酸锂负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种中空微米球形钛酸锂负极材料及制备方法，所述中空微米球形钛酸锂负极材料，即金属氧化物包覆在钛酸锂负极材料表面而形成，其中金属氧化物与钛酸锂负极材料的量按质量比计算即金属氧化物中的金属：钛酸锂负极材料为0.2‑5：100。其制备方法即按质量比计算，钛酸锂：金属粉末：分散剂为1：0.002‑0.05：0.01‑10的比例将钛酸锂、金属粉末和分散剂混合均匀后烘干，得到的前驱体在空气或氧气条件下以2‑10℃/min速率升温至300‑700℃并恒温2‑10h后，自然冷却至室温，即得比容量及快速充放电性能优异的中空微米球形钛酸锂负极材料。

Hollow micro spherical lithium titanate anode material and preparation method thereof

The invention discloses a hollow micron spherical lithium titanate cathode material and a preparation method thereof, wherein the hollow micron spherical lithium titanate anode material, the metal oxide coating on the surface of lithium titanate anode material is formed, wherein the metal oxide and lithium titanate cathode material quantity is calculated according to the mass ratio of metal oxide in metal lithium anode materials 0.2 5:100 titanate. The preparation method is according to the mass ratio calculation, lithium titanate: metal powder: dispersing agent as the ratio of 1:0.002 0.05:0.01 10 will lithium titanate, metal powder and dispersant are mixed evenly after drying, the precursor in the air or oxygen under the condition of 2 to 10 DEG /min rate heating up to 700 DEG C and 300 a constant temperature of 2 10h after natural cooling to room temperature. Is lithium titanate hollow micron spherical cathode material capacity and fast charging and discharging performance.

【技术实现步骤摘要】
一种中空微米球形钛酸锂负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池电极材料
，特别是涉及一种中空微米球形钛酸锂负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、长寿命、无记忆效应及环境友好等优点已经应用于移动通讯、笔记本电脑、照相机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车、空间电源的首选配套电源，成为可替代能源的首选。而先进的电极材料成为目前锂离子电池更新换代的核心技术。目前商品化的锂离子电池负极材料大多采用各种碳材料，但碳材料存在以下缺点：碳材料的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出而形成锂枝晶，从而导致短路；首次充放电效率低；与电解液发生反应；存在明显的电压滞后。与碳负极相比，钛酸锂作为锂离子电池负极材料具有明显的优势：它具有在充放电过程中晶格常数几乎不发生变化的特性，反复充放电晶体结构不容易发生变化，循环性能优异；其嵌锂电位高(1.55VvsLi/Li+)，不易引起金属锂的析出，抗过充性能好；锂离子扩散系数(2×10-8cm2/s)比碳负极高一个数量级。使其成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池负极材料。但是现有技术钛酸锂材料的导电性差(固有导电率10-9S/cm),快速充放电性能不能很好的发挥出来，因此需要对材料进行优化，改善其电化学性能。国际陶瓷杂志(CeramicsInternational)39(2013)2695-2698以LiOH·H2O和Ti(OC4H9)4为原料，通过水热法合成了Li4Ti5O12微球，该材料在1C倍率下的比容量为152.7mAh/g，5C倍率下的比容量为122mAh/g。水热法制备的产品纯度高、均匀性好、热处理温度较低，但该法通常以有机碳源为原料，生产成本高，不易于工业生产。电池杂志5(2011)243-246以Li2CO3、TiO2和活性炭为原料，通过两步固相法合成了活性炭改性的尖晶石钛酸锂，添加的活性炭抑制了颗粒的成长，该材料在2C倍率时，比容量为134.7mAh/g，5C倍率时，比容量为103.5mAh/g。该法制备工艺简单，生产成本较低，易于实现工业化生产，但材料的电化学性能不能满足商品化的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为了解决上述的钛酸锂材料的导电性差及快速充放电性能差等技术问题而提供一种中空微米球形钛酸锂负极材料，该中空微米球形钛酸锂负极材料的电化学性能优异。本专利技术的目的之二是提供上述的一种中空微米球形钛酸锂负极材料的制备方法，该制备方法具有生产成本低，制备过程简单，适合于工业规模化生产等的特点。本专利技术的技术方案一种中空微米球形钛酸锂负极材料，即金属氧化物包覆在钛酸锂负极材料的表面而形成，按质量比计算，金属氧化物中的金属的质量：钛酸锂负极材料为0.2-5:100，所述的金属氧化物为Cun1Om1、Fen2Om2、Crn3Om3、Con4Om4或Nin5Om5；所述的Cun1Om1中m1:n1的值为1-2；所述的Fen2Om2中m2:n2的值为0.66-1；所述的Crn3Om3中m3:n3的值为0.66-1；所述的Con4Om4中m4:n4的值为0.66-1；所述的Nin5Om5中m5:n5的值为0.66-1。上述的一种中空微米球形钛酸锂负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)、按质量比计算，即钛酸锂：金属粉末：分散剂为1：0.002-0.05：0.01-10的比例，将钛酸锂、金属粉末和分散剂混合均匀，然后烘干，得到前驱体；所述的分散剂为水、聚乙二醇、甲醇、乙醇、丙酮、月桂醇聚氧乙烯醚、曲拉通X-100中的一种或两种以上组成的混合物，优选为乙醇、丙酮、月桂醇聚氧乙烯醚或曲拉通X-100；(2)、将步骤(1)所得的前驱体在空气或氧气气氛条件下以2-10℃/min速率升温至300-700℃并恒温2-10h后，自然冷却至室温，即得中空微米球形钛酸锂负极材料。本专利技术的有益效果本专利技术的一种中空微米球形钛酸锂负极材料，金属粉末和钛酸锂材料在混合的过程中，金属粉末的存在有利于降低钛酸锂颗粒度并有效抑制钛酸锂颗粒间的团聚，有利于钛酸锂负极材料电化学性能的发挥。进一步，本专利技术的一种中空微米球形钛酸锂负极材料，由于金属粉末在高温处理后生成的金属氧化物也是常见的锂离子电池负极材料，且其比容量大于钛酸锂的比容量，在中空微米球形钛酸锂负极材料进行充放电时，也可以脱-嵌金属锂，提高了其充放电比容量，经历几次充电-放电活化过程后，稳定存在的混合价态金属氧化物的优良电子导电性弥补了钛酸锂负极材料电子导电性差的缺陷。进一步，本专利技术的一种中空微米球形钛酸锂负极材料，由于所用的原料Cu、Fe、Cr、Co、Ni等金属氧化物来源丰富，并且制备工艺简单，因此，本专利技术的一种中空微米球形钛酸锂负极材料的制备方法具有生产成本低，制备过程简单，适合于工业化规模生产等特点。附图说明图1a、实施例1所用的纯相钛酸锂负极材料的SEM图；图1b、实施例1所得的中空微米球形钛酸锂负极材料，即Crn3Om3包覆的Li4Ti5O12负极材料的SEM图；图2、实施例1所用的纯相钛酸锂材料和实施例1所得的中空微米球形钛酸锂负极材料，即Crn3Om3包覆的Li4Ti5O12负极材料，在不同倍率下的循环性能曲线；图3、实施例1所用的纯相钛酸锂材料和实施例1所得的中空微米球形钛酸锂负极材料，即Crn3Om3包覆的Li4Ti5O12负极材料，在2C倍率下的首次充放电曲线图。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术。电化学性能测试：将纯相钛酸锂及采用本专利技术方法合成的中空微米球形钛酸锂负极材料分别与导电碳黑和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比80:10:10混合均匀，涂在铜箔上，干燥后裁剪成电极片，于100℃真空干燥24h。以金属锂为对电极；将电解质LiPF6盐溶解于质量比为1：1：1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)/碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶液中形成LiPF6盐的浓度为1mol/L的电解液；在氩气手套箱中组装成扣式电池。采用武汉蓝电CT2001A型电池测试仪进行电化学性能测试，充放电电压范围为1.0V-2.5V(vs.Li+/Li)。实施例1一种中空微米球形钛酸锂负极材料，即金属氧化物包覆在钛酸锂负极材料表面而形成，按质量比计算，金属氧化物中的金属的质量：钛酸锂负极材料为0.2:100；所述的金属氧化物为Crn3Om3；所述的Crn3Om3中m3:n3的值为0.66-1。上述的一种中空微米球形钛酸锂负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)、按质量比计算，即钛酸锂：金属粉末：分散剂为1：0.002：0.01的比例，将1g钛酸锂、0.002g铬金属粉末和1ml浓度为1％的分散剂水溶液混合均匀，烘干，得到前驱体；所述的分散剂为月桂醇聚氧乙烯醚；(2)、将步骤(1)所得的前驱体在空气气氛下以2℃/min速率升温至700℃并恒温2h，然后自然冷却至室温，即得中空微米球形钛酸锂负极材料，即得中空微米球形钛酸锂负极材料，即Crn3Om3包覆的Li4Ti5O12负极材料。上述所用的原料钛酸锂即纯相钛酸锂负极材料通过日本JEOL公司SU-1500型扫描电子显微镜(SEM)在20KV下对其表面形貌进行观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中空微米球形钛酸锂负极材料的制备方法，所述的中空微米球形钛酸锂负极材料，即金属氧化物包覆在钛酸锂负极材料表面而形成，所述的金属氧化物为Cun1Om1、Fen2Om2、Crn3Om3、Con4Om4或Nin5Om5；所述的Cun1Om1中m1:n1的值为1‑2；所述的Fen2Om2中m2:n2的值为0.66‑1；所述的Crn3Om3中m3:n3的值为0.66‑1；所述的Con4Om4中m4:n4的值为0.66‑1；所述的Nin5Om5中m5:n5的值为0.66‑1；所述的中空微米球形钛酸锂负极材料中金属氧化物与钛酸锂负极材料的量按质量比计算，即金属氧化物中的金属：钛酸锂负极材料为0.2‑5：100；其特征在于具体包括如下步骤：(1)、按质量比计算，即钛酸锂：金属粉末：分散剂为1：0.002‑0.05：0.01‑10的比例，将钛酸锂、金属粉末和分散剂混合均匀，然后烘干，得到前驱体；所述的分散剂为水、聚乙二醇、甲醇、乙醇、丙酮、月桂醇聚氧乙烯醚、曲拉通X‑100中的一种或两种以上组成的混合物；(2)、将步骤(1)所得的前驱体在空气或氧气气氛条件下以2‑10℃/min速率升温至300‑700℃并恒温2‑10h后，自然冷却至室温，即得中空微米球形钛酸锂负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种中空微米球形钛酸锂负极材料的制备方法，所述的中空微米球形钛酸锂负极材料，即金属氧化物包覆在钛酸锂负极材料表面而形成，所述的金属氧化物为Cun1Om1、Fen2Om2、Crn3Om3、Con4Om4或Nin5Om5；所述的Cun1Om1中m1:n1的值为1-2；所述的Fen2Om2中m2:n2的值为0.66-1；所述的Crn3Om3中m3:n3的值为0.66-1；所述的Con4Om4中m4:n4的值为0.66-1；所述的Nin5Om5中m5:n5的值为0.66-1；所述的中空微米球形钛酸锂负极材料中金属氧化物与钛酸锂负极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖向阳，谢宏伟，王镇，朱贤荣，
申请(专利权)人：江苏特丰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32