本发明专利技术公开了一种纳米级Li4Ti5O12/Ag锂离子负极材料的制备方法，纳米级的钛酸锂，同时对其进行Ag掺杂改性。本发明专利技术利用水热处理有效地控制了钛酸锂的化学成分和粒径，大大缩短了后继处理时的温度，防止粒子团聚，更易于工业上实施。在制备的过程中，掺杂Ag，大幅提高了材料的导电率的同时，有效地提高其大倍率充放电性能和循环次数。本发明专利技术所制备的材料大倍率比容量高，可用于各种便携式电子设备和各种电动车所需的电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学电池材料制备
特别涉及ー种纳米级、银掺杂的锂离子电池负极材料钛酸锂的水热制备方法。
技术介绍
随着社会的快速发展，能源与环境的问题日益突出，寻找新的清洁能源来代替石油资源变得更为迫切。动カ电池作为ー种新型清洁能源受到了世界各国的重视。动カ电池是电动车、电动工具等可移动用电器具的核心部件，以动カ电池为主要或辅助动力源的纯电动汽车(EV)或混合动カ电动汽车(HEV)是汽车业的主要发展方向之一。同吋，国家加快了能源结构的调整，大力发展风能、太阳能等可再生二次能源。这些能源存在不连续和不稳定等缺点，在使用过程中需要配套储能设备。新能源汽车和大規模储能系统的发展，为锂离子电池行业提供了良好的发展机遇和更广阔的发展空间。同时，也对锂离子电池的性能提出了更高的要求。具有尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12)被认为是最有应用前景的负极材料之一。在锂离子嵌入和脱除过程中，尖晶石结构钛酸锂晶胞体积基本不变，因而被称为“零应变”材料。尖晶石结构钛酸锂作为新一代的锂电池负极，具有以下优势1)尖晶石Li4Ti5O12理论比容量为175mAh/g，实际比容量可达160-165mAh/g，并集中在平台区域，当与4V正极材料组成电池时工作电压接近2. 5V，是镍金属氢化物电池的2倍；2)尖晶石Li4Ti5O12结构与物化性质稳定，不与电解液反应，循环性能好。由于它结构的稳定性，成为安全及长寿命锂离子电池负极材料；3)尖晶石Li4Ti5O12在常温下的化学扩散系数为2X 10_8cm2/s，比碳负极材料大I个数量级，充放电速度更快。钛酸锂电池的这些优点有利于其在电动车和储能领域的应用。目前，以钛酸锂为负极的锂离子动カ电池已成为国内外竞相开发的热点。作为锂离子电池负极材料，钛酸锂的固有电导率为10_9S/cm，属于典型的绝缘体， 导电性差，大电流放电性能差。通常制备方法对材料最終性能起关键作用，现在常用的制备尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)的方法有高温固相合成法、溶胶凝胶法。这两种方法制备的钛酸锂材料大倍率充放电性能较差，反应过程中能耗大。有鉴于此，有必要提供ー种能耗较小，具有良好导电性和大倍率性能的钛酸锂材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供了ー种纳米级、掺杂银的钛酸锂材料的水热制备方法，g在提高负极材料的大倍率充放电性能，改善材料的导电性，以满足现代社会对锂离子电池应用的要求。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了ー种纳米级Li4Ti5O12Ag锂离子负极材料的水热制备方法，其包括以下步骤将含钛的化合物溶解在一定量的去离子水中，为A液；将锂化合物溶解在一定量的去离子水中，并保持两者摩尔比nu:nTi=l :1. (Tl. 2，按产物重量的1%。飞％。加入硝酸银溶液3源，为B液；在磁力搅拌下，将B液缓慢加入A液中，搅拌30min ;将混合溶液倒入高温反应釜中，然后置于14(T16(TC烘箱中1(T14 h反应，反应结束后，自然冷却至室温，然后进行抽滤，用去离子水或乙醇洗涤，6(T80°C干燥得到前躯体；将所得的前躯体在保护气氛下 400 600°C烧结f 5 h，所得产物即得纳米级Li4Ti5O12Ag材料。所述的含钛化合物是钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、偏钛酸、无定形二氧化钛中的任一种。所述的含锂化合物是氧化锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂中的任一种。本专利技术的特点和效果如下I、本专利技术采用的是水热合成法与固相处理相结合，钛源在溶剂中水解再与锂源在较高温下发生反应，实现了分子级别的分散，颗粒的分布更均匀，使得产品的尺寸能保持在 2(T50 nm左右。纳米级的钛酸锂材料同时在水热动态环境下实现离子交换，反应更为充分，热能及动能转换为材料内部能，大大缩短了处理时间，提高了产率，降低了能源消耗和成本，简化了工艺条件，原材料选择范围宽，易于在工业上实施。2、本专利技术在水热条件下掺杂Ag，提高了掺杂的均匀性及材料的导电性能；同时由于缩短了热处理时间，材料晶粒细化，结构均匀，有利于锂离子的迁移和迁出。3、本专利技术掺杂Ag，利用其高的导电率，提高材料的导电性，降低电阻和材料极化， 在大幅度地提高钛酸锂导电率的同时，有效地提高了充放电性能和循环性能。附图说明 图I为本专利技术所制备材料的X射线衍射图。图2为本专利技术制备材料的扫描电镜图。图3为实施例I所制备材料在IC下的循环性能曲线。图4为实施例I所制备材料在O. IC下的首次充放电曲线。图5为实施例I与例2所制备材料的X射线衍射对比图。图6为实施例I与比较实验案例制备的钛酸锂的放电比容量对比图，其中a为实施例I本专利技术的纳米级Li4Ti5O12Ag材料，b为比较实验例水热法制备的纯钛酸锂。具体实施例方式现将本专利技术的具体实施案例叙述于后。实施例I本实施例中的制备过程和步骤如下所述(1)将钛酸异丙酯溶解在一定量的去离子水中，为A液；(2)一水合氢氧化锂溶解在一定量的去离子水中，并保持两者的原子摩尔比nu:nTi=l I. 1，按产物质量的1%。Ag,加入硝酸银溶液源，为B液；(3)在磁力搅拌下，将B液缓慢加入A液中，搅拌30min；(4)将混合溶液倒入高温反应釜中，然后置于160°C烘箱中IOh反应，反应结束后，自然冷却至室温，然后进行抽滤，用去离子水洗涤，60°C干燥得到前躯体；(5)将所得的前躯体在氮气气氛下500°C烧结2h，所得产物即得纳米级Li4Ti5O12Ag 材料。采用日本理学公司D\max_2550 X射线衍射仪对样品进行物相分析(CuK α辐射，40kV，200mA,步宽O. 02°，扫描速度6°/min，扫描范围(2 Θ )为10°-70°)，如图I所示；采用S-3400型扫描电子显微镜观察其形貌，如图2所示。按照活性物质(即所制备的钛酸锂/Ag材料)、导电碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯 (PVDF)三者的质量比为80 10 10混合均匀，用湿膜制备器涂膜成厚度约O. 15mm的电极膜，将电极膜在真空下110°C干燥24小时，用切片机切成直径为12mm的电极片，称重并准确计算活性物质的质量。以金属锂片作为对电极和参比电极，Clegard2500作隔膜，lmol/L LiPFd^EC+DMC(体积比I :1)溶液为电解液，在充满氩气的手套箱中装配成2016型扣式电池。此处LiPF6为六氟磷酸锂EC，为碳酸乙烯酯，DMC为碳酸二甲酯将制备的电池测试电化学性能在IC下的循环性能曲线见图3，首次放电比容量达到 170 mAh .g—1，接近理论比容量。IC倍率下充放电100周后的比容量为161mAh · g_S损失较小。图4是所制备的钛酸锂材料在O. IC下的首次充放电平台曲线，其充放电平台明显。此处的C是指充放电过程中的倍率。实施例2本实施例中的制备过程和步骤如下所述(1)将无定形TiO2溶解在一定量的去离子水中，为A液；(2)醋酸锂溶解在一定量的去离子水中，并保持两者的原子摩尔比nu:nTi=l1. 1，按产物重量的5%。加入硝酸银溶液，为B液；(3)在磁力搅拌下，将B液缓慢加入A液中，搅拌30min；(4)将混合溶液倒入高温反应釜中，然后置于120°C烘箱中14h反应，反应结束后，自然冷却至室温，然后进行抽滤，用去离子水洗涤，60°C干燥得到前躯体；(5)将所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪江，王洁，施利毅，张登松，程崇领，曹绍梅，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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