本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料钛酸锂的SiO2模板合成方法，提供一种高倍率性能和循环性能优异的纳米钛酸锂材料的制备方法。该方法步骤为：称取一定量的P123，用去离子水溶解，搅拌至溶解完全；加入2mol/L的盐酸，微热搅拌1-3h，慢慢滴加TEO后，20-50℃水浴下高速搅拌10-30h，然后转移至不锈钢反应釜中，80-120℃晶化24-48h；用去离子水洗涤产物至中性，100℃下烘干，合成的材料于马弗炉中以1-5℃/min升温速率至450-650℃，保温12-24h，得到纳米介孔SiO2模板；将纳米介孔SiO2模板加热至80-120℃，将一定量锂源和钛源用相应的溶剂溶解后，滴加到模板中，然后于管式炉中750-850℃下烧结8-12h；用热的浓碱溶液溶去模板，用蒸馏水洗涤，烘干粉碎后，即得钛酸锂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种锂离子电池负极材料钛酸锂的SiO2模板合成方法。
技术介绍
目前锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳材料，但是碳电极的电位与锂的电位很接近，当电池过充电时，碳电极表面易析出金属锂，形成枝晶而引发安全问题，同时锂离子在反复地插入和脱嵌过程中，会使碳材料结构受到破坏，从而导致容量的衰减。尖晶石钛酸锂作为锂离子电池负极材料，理论比容量为175 mAh/g，实际比容量达到了 15(Γ160mAh/g，Li+插入和脱嵌对材料结构几乎没有影响，具有库仑效率高、循环性能优良、放电电压平稳、嵌锂电位高而不易引起金属锂析出，能够在大多数液体电解质的稳定电压区间使 用，具有很好的安全性；也是一种“零应变”材料，且材料来源广、清洁环保，具备了下一代锂离子电池必需的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。此外，它还具有明显的充放电平台，平台容量可达放电容量的90%以上。但是钛酸锂材料导电性差(固有电导率为10_9 S/cm)，大电流放电易产生较大极化而限制了其商品化应用。目前，提高钛酸锂的倍率性能主要有两种途径，一是制备纳米级的钛酸锂；二是对其进行掺杂和包覆等改性研究。目前，工业上制备钛酸锂主要采用高温固相法，是以TiO2与Li2CO3或LiOH等原料在800-1000°C下合成，反应时间一般12_24h，该方法具有工艺简单，易于大规模生产，但缺点是产物的粒径不易控制，且大多为微米级，均匀性较差，与微细晶体相比，粗晶粒的锂离子嵌入反应路径较长，不利于大电流充放电，高倍率性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种SiO2模板合成方法制备锂离子电池负极材料钛酸锂。该法通过控制晶粒成长空间来实现纳米钛酸锂材料的制备，提高倍率性能和循环性能。为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案 一种锂离子电池负极材料钛酸锂的SiO2模板合成方法，该方法包括以下步骤 (1)制备纳米级SiO2模板按聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123 :正硅酸乙酯TEOS HCl摩尔比O. 0165-0. 0180 1 :5_7称取相应化学计量的前驱体；先将P123用去离子水溶解，搅拌至溶解完全，然后加入2mol/L的盐酸，微热搅拌l_3h，在搅拌下慢慢滴加TE0S，滴加完毕后，在20°C -50°C恒温水浴下高速搅拌10_30h，然后转移至聚四氟乙烯为衬套的不锈钢反应釜中，80-120°C条件下晶化24-48h ;所得产物用去离子水洗涤至中性，100°C下烘干，将烘干后的材料于马弗炉中以1_5°C /min升温速度升温至450-650°C，保温12-24h，即得到纳米级SiO2模板； (2)制备钛酸锂按摩尔比Li=Ti为4. 0-4. 6 :5称取一定量锂源与钛源，分散于分散剂中后，滴加到SiO2模板上，蒸发分散剂，将所得混合物在马弗炉中750-850°C下烧结8-12h，然后用热的浓碱溶液溶去模板，用去离子水洗涤，干燥粉碎后，得到纳米钛酸锂材料。所述的锂源为醋酸锂、草酸锂中的一种或数种组合时，钛源为钛酸四乙酯、钛酸甲酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、四氯化钛中的一种或数种的组合，分散剂为无水乙醇、乙二醇、乙酸丁酯中的一种。所述的锂源为醋酸锂、硝酸锂中的一种或数种组合时，钛源为硫酸氧钛，分散剂为去离子水。所述的热的浓碱溶液为浓度为4-lOmol/L，温度为60_100°C的Na0H、K0H等不引入杂质离子的强碱溶液。本专利技术的优点 (1)本专利技术通过制备纳米孔径的二氧化硅模板，并严格控制烧结条件实现纳米钛酸锂 材料的制备，提高了倍率性能和循环性能； (2)该方法制备的钛酸锂材料具有纯度高、颗粒小且均匀、充放电比容量高、充放电效率高、安全性好等特性。附图说明图I为实施例I中制得的纳米孔径的SiO2模板的扫描电镜 图2为实施例I中制得的钛酸锂材料的透射电镜 图3为实施例I中制备的钛酸锂材料的X-射线衍射图谱； 图4为实施例I中制备的钛酸锂材料在不同倍率下的充放电曲线，充放电倍率为O. 5C、2C、5C。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，但本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。实施例I Cl)按照摩尔比为O. 0172 P123 : 1TE0S 6HC1的比例称取相应化学计量的前驱体，将P123用去离子水溶解，搅拌至溶解完全，再加入2mol/L的盐酸，微热搅拌3h ;慢慢滴加TE0S，滴加完毕后，在30°C水浴下高速搅拌24h，然后转移至聚四氟乙烯为衬套的不锈钢反应釜中，100°C条件下晶化24h ;所得产物用去离子水洗涤至中性，100°C下烘干；将合成的材料于马弗炉中以1°C /min的速度升温至550°C，保温16h，即得到纳米孔径的SiO2模板。制得的纳米孔径的SiO2模板的扫描电镜图如图I所示。(2)按摩尔比Li :Ti为4.2 :5称取一定量醋酸锂与钛酸四丁酯，分散于无水乙醇溶剂后，缓慢滴加到120°C下保温的SiO2模板上，蒸发溶剂后得到前驱体；将所得混合物在管式炉中850°C下烧结8h，用80°C的4mol/L NaOH水溶液除去模板，再用蒸馏水洗涤烧结产物，烘干粉碎后即得到钛酸锂。该钛酸锂材料的透射形貌如图2所示，可以看出制得的钛酸锂颗粒大小均一。其X-射线衍射图谱如图3所示，此谱图中没有明显的杂相峰，表明所制备的材料为纯相的尖晶石型钛酸锂。实施例2 (!)按照摩尔比为O. 0172 P123 : 1TE0S 6HC1的比例称取相应化学计量的前驱体，将P123用去离子水溶解，搅拌至溶解完全，再加入2mol/L的盐酸，微热搅拌3h ;慢慢滴加TEOS，滴加完毕后，在40°C水浴下以高速搅拌24h，然后转移至聚四氟乙烯为衬套的不锈钢反应釜中，100°C条件下晶化24h ;所得产物用去离子水洗涤至中性，100°C下烘干；将合成的材料于马弗炉中以1°C /min的速度升温至600°C，保温12h，即得到纳米孔径的SiO2模板。(2)按摩尔比Li :Ti为4.2 :5称取一定量草酸锂与钛酸甲酯，分散于无水乙醇溶剂后，缓慢滴加到120°C下保温的SiO2模板上，蒸发溶剂后得到前驱体；将所得混合物在管式炉中850°C下烧结8h，用80°C的4mol/L NaOH水溶液除去模板，再用蒸馏水洗涤烧结产物，烘干粉碎后即得到钛酸锂。实施例3 Cl)按照摩尔比为O. 0172 P123 : 1TE0S 6HC1的比例称取相应化学计量的前驱体，将P123用去离子水溶解，搅拌至溶解完全，再加入2mol/L的盐酸，微热搅拌3h ;慢慢滴加TE0S，滴加完毕后，在30°C水浴下高速搅拌24h，然后转移至聚四氟乙烯为衬套的不锈钢反 应釜中，100°C条件下晶化24h ;所得产物用去离子水洗涤至中性，100°C下烘干；将合成的材料于马弗炉中以3°C /min的速度升温至550°C，保温16h，即得到纳米孔径的SiO2模板。(2)按摩尔比Li =Ti为4. I :5称取一定量醋酸锂与钛酸甲酯，分散于无水乙醇溶剂中，缓慢滴加到120°C下保温的SiO2模板上，蒸发溶剂后得到前驱体；将所得混合物在管式炉中800°C下烧结10h，用80°C的4mol/L本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料钛酸锂的SiO2模板合成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：？？？（1）制备纳米级SiO2模板：按聚环氧乙烷？聚环氧丙烷？聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123：正硅酸乙酯TEOS：HCl摩尔比为0.0165？0.0180：1：5？7称取相应化学计量的前驱体；先将P123用去离子水溶解，搅拌至溶解完全，然后加入2mol/L的盐酸，微热搅拌1？3h，在搅拌下慢慢滴加TEOS，滴加完毕后，在20℃？50℃恒温水浴下高速搅拌10？30h，然后转移至反应釜中，80？120℃条件下晶化24？48h；所得产物用去离子水洗涤至中性，100℃下烘干，将烘干后的材料以1？5℃/min升温速度升温至450？650℃，保温12？24h，即得到纳米级SiO2模板；？？？（2）制备钛酸锂：按摩尔比Li：Ti为4.0？4.6：5称取一定量锂源与钛源，分散于分散剂中后，滴加到SiO2模板上，蒸发分散剂，将所得混合物在马弗炉中750？850℃下烧结8？12h，然后用热的浓碱溶液溶去模板，用去离子水洗涤，干燥粉碎后，得到纳米钛酸锂材料。
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料钛酸锂的SiO2模板合成方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (1)制备纳米级SiO2模板按聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123 :正硅酸乙酯TEOS :HC1摩尔比为O. 0165-0. 0180 1 :5_7称取相应化学计量的前驱体；先将P123用去离子水溶解，搅拌至溶解完全，然后加入2mol/L的盐酸，微热搅拌l_3h，在搅拌下慢慢滴加TE0S，滴加完毕后，在20°C _50°C恒温水浴下高速搅拌10-30h，然后转移至反应釜中，80-120°C条件下晶化24-48h ；所得产物用去离子水洗涤至中性，100°C下烘干，将烘干后的材料以1-5°C /min升温速度升温至450_650°C，保温12_24h，即得到纳米级SiO2模板； (2)制备钛酸锂按摩尔比Li=Ti为4. 0-4. 6 :5称取一定量锂源与钛源，分散于分散剂中后，滴加到SiO2...
【专利技术属性】
技术研发人员：王康平，杨茂萍，杨续来，郭钰静，谢佳，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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