一种锂离子电池钛基负极材料的制备方法技术

在本发明专利技术中主要公开了一种锂离子电池钛基负极材料的制备方法，其制备方法主要包括将锂盐、锌盐、钛盐和钇盐按摩尔比球磨，然后加入乙二胺四乙酸的氨水溶液分散介质在放入85℃烘箱中真空干燥，得到前驱体；将前驱体加入到陶瓷坩埚中，加入β

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池钛基负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池钛基负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]能源是人类社会懒以生存和发展的基础，从古代的钻木取火到现在的内燃机，人类社会的蓬勃发展也同时伴随着能源方式的不断变革，然而进入21世纪以来，随着经济活动的日益频繁，以化石能源为主的不可再生能源濒临枯竭以及其所带来的环境问题日趋严重，这都迫使人们必须去寻找新的可替代能源。为此，世界各国都在新能源的开发和利用上投入了大量研究资金和技术力量。在这种时代背景下，化学能源作为一种绿色、高效、通用的可再生能源逐渐受到人们的关注，被认为是可以用来解决上述问题的有效途径，能达到摆脱化石能源储量的限制、减小环境污染并实现生态社会可持续发展的目的。铅酸电池是至今为止历史上最悠久的蓄电池之一，它不仅可以把电能储存为化学能，还能将化学能转化为电能，距离1859年专利技术至今，已经历了150余年的发展，目前广泛应用于多种电源储能设备中。继铅酸电池后，蓄电池的发展还经历了锌-锰电池、氧化银电池和镍-镉电池等阶段。镍-镉电池以良好的倍率性能和耐过充放电等特点成为最早用于手机等移动设备的充电电池，但因镉元素毒性较强，后逐渐被迅速崛起的锂离子电池所取代。
[0003]锂离子电池是由锂电池发展而来的。在整个元素周期表中，锂是重量最轻、电负性最低并且能量密度最大的金属，适合用于电池的负极材料。负极材料为金属锂。这种电池可充电，但安全性不好。此类电池在充电过程中，金属锂表面的不平整会导致电池负极表面的电位分布不均匀，继而引发锂沉积的不均匀。不均匀。当锂沉积较多时，其会在电极表面形成树枝状的金属锂，即锂枝晶(lithium dendrite)。锂枝晶的形成不仅可以造成锂的不可逆损失，即死锂(dead lithium)，还可能因锂枝晶生长到一定程度而刺穿电池的隔膜，造成电池的正负极直接接触，最终引发电池的短路甚至爆炸。因此，由于锂电池的安全等问题，一般情况下，这种电池是禁止充电的，这也在一定程度上限制了锂电池的发展及商业化应用。
[0004]锂离子电池负极材料是锂离子电池重要的组成部分，其本身并无可脱嵌的Li
+
，却能容纳来自于电池正极材料大量的Li
+
，却能容纳来自于电池正极材料大量的Li
+
。对于理想的锂离子电池负极材料，应满足以下条件：(1)脱嵌Li
+
反应的氧化还原电位较低且电极电位的变化较小，确保锂离子电池较高、较稳的工作电压；(2)可逆容量较大，以保证锂离子电池的功率和能量密度较高；(3)体积变化小、结构稳定好，保证电池良好的循环可逆性；(4)Li
+
和电子的传输阻抗小，电池可耐大电流充放电及快速充放电；(5)化学稳定性好，不与电解液反应，保证电池良好的安全性；(6)资源丰富，绿色环保，成本低廉且易于规模化等。上世纪末，锂离子电池成功实现商业化始于石油焦负极材料，目前，石墨类负极材料已广泛应用于移动通讯等电子设备中，负极材料已广泛应用于移动通讯等电子设备中，但是，未来电动汽车和其他储能领域的不断发展对锂离子电池的能量密度、安全性能以及循环寿命等提
出了更高的要求，因此，作为锂离子电池关键材料之一的负极材料种类也在不断的更新和拓展，迄今为止，锂离子电池负极材料主要包括以下几类：(1)碳材料，如天然改性石墨、人造石墨等；(2)钛基材料，如Li4Ti5O
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等；(3)硅基材料，如硅碳复合材料等；(4)锡基材料，如SnO2等；(5)过渡金属氧化物，如Co3O4、FeO等；(6)过渡金属氮化物，如Fe3N等；(7)其他新型负极材料，如NiCo2O4、Li2MgSi、ZnFe2O4等。
[0005]钛基材料是另一类嵌入型锂离子电池负极材料，具有安全性好和循环稳定性高等优点。其中，空间群为Fd3m的立方尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O
12
)以充放电平台平稳和库伦效率高等优点备受关注，目前已经实现了产业化。在Li
+
的脱嵌过程中，Li4Ti5O
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的晶胞体积变化率小，仅～0.2％，因此，其又被称为“零应变”材料。作为锂离子电池负极材料，Li4Ti5O
12
也具有电子导电率低(～10-13
S cm-1
)及高倍率性能差等不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种锂离子电池钛基负极材料的制备方法，其制备方法包括以下具体步骤：
[0007]S1：将锂盐、锌盐、钛盐和钇盐按摩尔比1:0.45～0.65：1.4～1.5:0.01～0.1依次加入到球磨罐中，然后加入摩尔比为1:3的乙二胺四乙酸(EDTA)的氨水溶液分散介质并且在500rpm/min的转速下球磨5～6h，然后在放入85℃烘箱中真空干燥，得到前驱体。
[0008]S2：将前驱体加入到陶瓷坩埚中，加入适量的β-环糊精，其中加入前驱体和β-环糊精的质量比为1:0.05～0.11，然后放入马弗炉当中以5℃/min的升温速率升至500℃进行保温2h，接着以2℃/min的升温速率升至750℃进行煅烧5h。
[0009]作为优选方案，上述步骤S1中所述锂盐为碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂和氢氧化锂中的任意一种。
[0010]作为优选方案，上述步骤S1中所述锌盐为硝酸锌、硫酸锌和醋酸锌中的任意一种。
[0011]作为优选方案，上述步骤S1中所述钛盐为锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛中的任意一种。
[0012]作为优选方案，上述步骤S1中所述钇盐为硝酸钇、碳酸钇和醋酸钇中的任意一种。
[0013]作为优选方案，上述步骤S1中所述锂盐、锌盐、钛盐和钇盐的摩尔比为1:0.45～0.55：1.4～1.48:0.01～0.1。
[0014]作为优选方案，上述步骤S2中所述加入前驱体和β-环糊精的质量比比例为1:0.05～0.08。
[0015]本专利技术具有如下有益效果：
[0016](1)本专利技术制备的锂离子电池钛基负极材料，通过钇离子掺杂，影响了Li4ZnTi3O8的晶体结构，造成其晶格一定程度的膨胀和扭曲，使其晶格中形成某些非常规位点，提高了其负极材料的导电性能及储Li
+
性能。
[0017](2)本专利技术制备的锂离子电池钛基负极材料，掺杂了钇离子而诱导出现的Ti
3+
3d轨道中有一个电子，可以缩小Ti
4+
所致的能量带隙，提高Li4ZnTi3O8的电子导电性，进而改善了负极材料的高倍率性能。
[0018](3)本专利技术中掺杂的部分钇离子会形成Y2O3，Y2O3散落在负极材料的颗粒间，有效阻碍Li4ZnTi3O8颗粒的生长和团聚，进而改善负极材料颗粒的分散性，使得该负极材料中有
更多的活性位点得以利用，进而提高负极材料的充发电比容量。
[0019](4)本专利技术制备的锂离子电池钛基负极材料，在制备过程中加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池钛基负极材料的制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下具体步骤：S1：将锂盐、锌盐、钛盐和钇盐按摩尔比1:0.45～0.65：1.4～1.5:0.01～0.1依次加入到球磨罐中，然后加入摩尔比为1:3的乙二胺四乙酸的氨水溶液分散介质并且在500rpm/min的转速下球磨5～6h，然后在放入85℃烘箱中真空干燥，得到前驱体；S2：将前驱体加入到陶瓷坩埚中，加入适量的β-环糊精，其中加入前驱体和β-环糊精的质量比为1:0.05～0.11，然后放入马弗炉当中以5℃/min的升温速率升至500℃进行保温2h，接着以2℃/min的升温速率升至750℃进行煅烧5h。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池钛基负极材料的制备方法，其特征在于，所述锂盐为碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂和氢氧化锂中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雅贵，
申请(专利权)人：何雅贵，
类型：发明
国别省市：