本发明专利技术一种交流电压法制备锂离子电池负极材料钛酸锂的方法。该方法以中性盐溶液为电解质溶液，以纯金属钛为阴、阳极，施加交流电压（10～220V），金属钛被分散成氧化钛纳米颗粒溶胶。将氧化钛溶胶分离、清洗并干燥后与Li2CO3按锂钛摩尔比0.8～0.9的比例混合均匀，于管式炉中700～900℃热处理3～24小时即得到钛酸锂。本发明专利技术合成的钛酸锂，以金属锂为对电极制备成电池，0.5C可逆容量达到161mAh/g，充放电循环100圈后，容量为157mAh/g，容量保持率为97.5%；10C可逆容量达到141mAh/g，充放电循环100圈后，容量还能达到127mAh/g。本发明专利技术方法制备工序简单，制备的钛酸锂具有优异的循环性能和高倍率放电性能，可广泛应用于各种便携式电子设备和各种电动车所需的锂离子电池。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术。该方法以中性盐溶液为电解质溶液，以纯金属钛为阴、阳极，施加交流电压（10～220V），金属钛被分散成氧化钛纳米颗粒溶胶。将氧化钛溶胶分离、清洗并干燥后与Li2CO3按锂钛摩尔比0.8～0.9的比例混合均匀，于管式炉中700～900℃热处理3～24小时即得到钛酸锂。本专利技术合成的钛酸锂，以金属锂为对电极制备成电池，0.5C可逆容量达到161mAh/g，充放电循环100圈后，容量为157mAh/g，容量保持率为97.5%；10C可逆容量达到141mAh/g，充放电循环100圈后，容量还能达到127mAh/g。本专利技术方法制备工序简单，制备的钛酸锂具有优异的循环性能和高倍率放电性能，可广泛应用于各种便携式电子设备和各种电动车所需的锂离子电池。【专利说明】
本专利技术涉及新材料及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料钛酸锂的制备方法，即交流电压法制备钛酸锂。
技术介绍
新型钛酸锂(Li4Ti5O12)负极材料是一种由金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物。作为锂离子电池负极材料，Li4Ti5O12最大的特点就是其“零应变性”。在充放电循环中，这种“零应变性”能够避免由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，大大提高电极的循环性能和使用寿命，具有非常好的耐过充、过放特征。其次，Li4Ti5O12的工作电位相对金属锂为1.55V，远高于金属锂的析出电位，在实际应用中避免了析锂导致的安全问题。最重要的是钛酸锂能进行高功率快速充放电，是下一代环保型电动车驱动电源、通讯设施、储能电站等的理想候选负极材料之一。然而，目前商业化的钛酸锂大多数采用固相法以颗粒较大的二氧化钛为前驱体制备，制备出的钛酸锂需进行多步筛选，制备工艺相当复杂，所制备的钛酸锂大功率充放电能力较差。本专利技术将提供一种高效率的交流电压合成钛酸锂的方法，所制备的钛酸锂应用于锂离子电池负极材料具有优异的循环性能和高倍率充放电性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种制备锂离子电池负极材料钛酸锂的方法，该方法制备的负极材料钛酸锂具有优异的循环性能和高倍率充放电性能。为达到上述专利技术目的，本专利技术提出以下的技术方案:—种交流电压法制备锂离子电池负极材料钛酸锂的方法，以中性盐溶液为电解质溶液，以纯金属钛为阴、阳极，施加交流电压，金属钛被分散成氧化钛纳米颗粒溶胶，然后将氧化钛溶胶分离、清洗并干燥后与Li2CO3混合均匀，热处理即得到钛酸锂。所述的氧化钛纳米颗粒粒径大小〈IOOnm。所述的中性盐溶液包括NaN03、NaCUNa2SO4, KNO3> KCl或K2SO4的一种或几种的混合物。所述的溶液中电解质的浓度不低于0.5mol/L。金属钛形态为钛丝、钛片、祀材钛中的任一种。所述的交流电压为10?220V，电解时间为I?24小时。将氧化钛分离的方法为离心或者抽滤，用于清洗的物质为去离子水。氧化钛和Li2CO3混合的锂钛摩尔比为0.8?0.9。热处理的温度为700?900°C，热处理的时间为3?24小时。由于采用了以上的方案，本专利技术合成的钛酸锂具备以下优势:以金属锂为对电极制备成电池，0.5C可逆容量达到161mAh/g，充放电循环100圈后，容量为157mAh/g，容量保持率为97.5% ; IOC可逆容量达到141mAh/g，充放电循环100圈后，容量还能达到127mAh/g。本专利技术方法制备工序简单，制备的钛酸锂具有优异的循环性能和高倍率放电性能，可广泛应用于各种便携式电子设备和各种电动车所需的锂离子电池。可见本专利技术纳米状态的氧化钛为前驱体制备出的钛酸锂具有优异的循环性能和高倍率放电性能，目前商业化的方法采用的是微米级氧化钛，制备出的钛酸锂性能不够理想。本专利技术为本 申请人:所创的交流电压法，目前还没有公开过交流电压法制备纳米金属氧化物，与交流电电沉积不一样，电沉积是将溶液中的金属盐的金属沉积到电极上面，而本专利技术以纯金属钛为阴阳极，在交流电压下将金属钛氧化成纳米状氧化钛后分散在溶液中；再者，金属钛是很稳定的金属，常规的电解方式也无法将其转化成纳米状态的氧化钛颗粒，如传统的电解法(即阳极氧化)只能在钛金属表面生长氧化钛，附着很牢固，很难从钛基底上剥落下来，很难商业化批量生产；本专利技术的交流电压法有区别于常规的电解技术，这种特殊的正弦波电压能将金属钛氧化并剥落变成氧化钛纳米颗粒，而常规方法阳极氧化，以及电沉积等都是无法实现的。【专利附图】【附图说明】图1实施例1中交流电压法合成钛酸锂前驱体示意图；图2实施例1中制备的钛酸锂的XRD图谱；图3实施例1中制备的钛酸锂的TEM图；图4实施例1中制备的钛酸锂0.5C循环和库伦效率图(a)及对比例中商业化的钛酸锂0.5C循环和库伦效率图(b);图5实施例1中制备的钛酸锂IOC循环和库伦效率图(a)及对比例中商业化的钛酸锂IOC循环和库伦效率图(b);图6为对比例中商业化钛酸锂的SEM图；图7实施例2中制备的钛酸锂TEM图；图8实施例3中制备的钛酸锂TEM图。【具体实施方式】以下实施例是为了更详细地解释本专利技术，但这些实施例不对本专利技术构成任何限制，本专利技术可以按
技术实现思路
所述的任一方式实施。实施例1如图1所示，以3mol/L NaNO3溶液为电解质溶液，以纯金属钛丝为阴、阳极，施加交流电压30V电解5小时，金属钛被分散成粒径小于IOOnm的氧化钛纳米颗粒溶胶,然后将氧化钛溶胶抽滤分离，用去离子水冲洗六次，50°C干燥后与Li2CO3按锂钛摩尔比为0.85的比例混合均匀，于管式炉中800°C热处理15小时即得到钛酸锂。从图2及XRD标准卡片JCPDS49-0207可知，合成的钛酸锂为纯相，无其它杂质。TEM (图3)表明，所合成的钛酸锂粒径50?70nm。将钛酸锂粉末，导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF (溶于N-甲基吡咯烷酮)按质量比80:10:10混合研磨成均匀浆料，涂于干净的铜箔上制成电极膜，然后在75°C下预干燥，再在100°C下真空干燥得到负极片。用锂片作对电极，采用ImoVLLiPF6/碳酸乙烯酯(EC) +二甲基碳酸酯(DMC)(体积比=1:1)作为电解液。在氩气手套箱内组装成CR2016扣式电池。采用CT2001A型恒电流充放电仪(武汉蓝电)进行恒流循环性能测试，充放电电流密度为0.5C(87.5mA/g)和10C(1750mA/g)，充放电电压范围控制在I?3V之间。图4(a)为0.5C电流密度下的循环-比容量、效率图，首次库仑效率为83%，随后的循环库仑效率能达到99.5%以上；可逆容量达到161mAh/g，充放电循环100圈后，容量为157mAh/g，容量保持率为97.5% ;图5 (a)为高电流密度IOC下的循环-比容量、效率图，首次库仑效率为84%，随后的循环库仑效率能达到99.5%以上；可逆容量达到141mAh/g，充放电循环100圈后，容量还能达到127mAh/g。对比例将商业化的钛酸锂(捷威动力工业有限公司，固相法制备，表面形貌如图6所示，粒径大小约为1.5μπι)按照实施例1中电极的制备工艺制备电极极片并组装成扣式电池。图4(b)为0.5C电流密度下的循环-比容量、效率图，可逆容量为145mAh/g，充放电循环100圈后，容量为136mAh/g，容量保持率为93.8%;图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种交流电压法制备锂离子电池负极材料钛酸锂的方法，其特征在于，以中性盐溶液为电解质溶液，以纯金属钛为阴、阳极，施加交流电压，金属钛被分散成氧化钛纳米颗粒溶胶，然后将氧化钛溶胶分离、清洗并干燥后与Li2CO3混合均匀，热处理即得到钛酸锂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：纪效波，
申请(专利权)人：纪效波，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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