專利名稱:鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法
技術領域:
本發(fā)明涉及鋰離子電池負極材料技術領域,具體涉及一種鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法。
背景技術:
近年來對鋰離子電池負極材料的實用化研究工作基本上圍繞著如何提高質量比容量與體積比容量、首次充放電效率、循環(huán)性能及降低成本這幾方面展開。石墨負極材料已成功商品化,但還有一些難以克服的弱點。這是因為碳負極在有機電解液中會形成鈍化層,該層雖可傳遞電子和鋰離子,但會引起初始容量的不可逆損失;而且碳電極的電位與金屬鋰很接近,當電池過充電時,碳電極表面易析出金屬鋰,從而可能會形成鋰枝晶而引起短路;其次,在高溫下,碳負極上的保護層可能分解而導致電池著火。與碳材料相比,尖晶石結構鈦酸鋰充放電過程結構變化非常小,被稱為是一種零應變材料,因而具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性、很好的充放電平臺、理論比容量大和不與電解液反應等特性。鈦酸鋰(Li4Ti5O12)制備方法主要包括兩種,即高溫固相法和溶膠-凝膠法。高溫固相是以TiO2與Li2CO3或LiOH等原料在800°C 1000°C下合成,反應時間一般為18 Mh,該方法的優(yōu)點是工藝簡單,容易擴大生產,缺點是產物的粒徑不好控制,且大多為微米級,均勻性差;溶膠-凝膠法一般是采用鈦和鋰鹽為前軀體,經水解采用溶膠-凝膠工藝制備鈦酸鋰,該方法和傳統(tǒng)高溫固相法相比,產物化學純度高、顆粒較細、均勻性好。本發(fā)明試圖提供一種新型的制備具有尖晶石結構的鈦酸鋰Li4Ti5O12的水熱合成方法,同時希望該制備方法在其他領域具有實際應用價值。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的不足,本發(fā)明所要解決的技術問題是,提供一種工藝簡單、化學純度高、顆粒較細、均勻性好的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法。為解決上述技術問題,本發(fā)明所采取的技術方案是一種鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,包括以下步驟(1)、以碳酸鋰或氫氧化鋰作為鋰源,分散在乙醇水溶液中,制成鋰分散液;O)、按照鈦源鋰源=7 4 5 4的摩爾比,稱取鈦源需要量,將其溶于鋰分散液中,然后進行強烈攪拌;(3)、將溶液放于反應釜中進行水熱反應,反應結束后,自然冷卻至室溫,然后洗滌過濾得到百色沉淀,將濾出的白色沉淀在馬弗爐里焙燒得鈦酸鋰粉末。上述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,所述乙醇水溶液的體積百分比濃度為15% -19%。上述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,所述進行強烈攪拌混合的時間為2-4h。上述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,所述水熱反應的
3溫度為 1200C _180°C,反應 8-14h ;上述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,所述焙燒處理是指以5°C /min的升溫速度從室溫升溫至400°C _600°C的范圍內下焙燒6h_8h。本發(fā)明鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法的優(yōu)點是本發(fā)明與現(xiàn)有鈦酸鋰的制備方法相比,降低了反應溫度,縮短了反應時間,并且制備工藝簡單,易于操作,原料廉價易得,得到的產物均勻,顆粒較小,產品性能優(yōu)良。
圖1為尖晶石結構鈦酸鋰的SEM圖;圖2為尖晶石結構的鈦酸鋰的XRD圖;圖3為尖晶石結構鈦酸鋰的顆粒分布圖;圖4為尖晶石結構的鈦酸鋰電極循環(huán)特性曲線圖;圖5為尖晶石結構的鈦酸鋰的首次充放電曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明;實施例1 (1)稱量7. 282g碳酸鋰均勻分散于500mL乙醇水溶液中,其中乙醇水溶液的濃度為15%,制成鋰分散液。(2)按照按照鈦源鋰源=5 4的摩爾比,稱取鈦源101. 4g,將其溶于(1)所述的鋰分散液中,然后進行強烈攪拌池。(3)將溶液放于反應釜中,在120°C下反應他,反應結束后,自然冷卻至室溫,然后將產品洗滌過濾得到百色沉淀。將濾出的白色沉淀在馬弗爐里以5°C /min的升溫速度從室溫升溫至400°C下焙燒他,焙燒得鈦酸鋰粉末。(4)將粉體做XRD分析測試,如圖1所示,產品為單一的尖晶石結構的鈦酸鋰材料。實施例2 (1)稱量7. 282g氫氧化鋰均勻分散于500mL乙醇水溶液中,其中乙醇水溶液的濃度為17%,制成鋰分散液。(2)按照按照鈦源鋰源=6 4的摩爾比,稱取鈦源121. 3g,將其溶于(1)所述的鋰分散液中,然后進行強烈攪拌池。(3)將溶液放于反應釜中,在150°C下反應llh,反應結束后,自然冷卻至室溫,然后將產品洗滌過濾得到百色沉淀。將濾出的白色沉淀在馬弗爐里以5°C /min的升溫速度從室溫升溫至500°C下焙燒幾,焙燒得鈦酸鋰粉末。(4)將粉體做掃描電鏡分析,結合粒度分析,結果表明粉體的平均粒徑為300nm, 其中電鏡圖片中比較大的顆粒為顆粒離鏡片的距離太近所致。實施例3 (1)稱量7. 282g氫氧化鋰均勻分散于500mL乙醇水溶液中,其中乙醇水溶液的濃度為19%,制成鋰分散液。(2)按照按照鈦源鋰源=7 4的摩爾比,稱取鈦源141. 6g,將其溶于(1)所述的鋰分散液中,然后進行強烈攪拌4h。(3)將溶液放于反應釜中,在180°C下反應14h,反應結束后,自然冷卻至室溫,然后將產品洗滌過濾得到百色沉淀。將濾出的白色沉淀在馬弗爐里以5°C /min的升溫速度從室溫升溫至600°C下焙燒他,焙燒得鈦酸鋰粉末。(4)將錳酸鋰做正極材料,鈦酸鋰做負極材料做成紐扣電池,測試電化學性能,放電容量為160mAh/g。當然,上述說明并非是對本發(fā)明的限制,本發(fā)明也并不限于上述舉例,本技術領域的普通技術人員,在本發(fā)明的實質范圍內,作出的變化、改型、添加或替換,都應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,其特征在于包括以下步驟(1)、以碳酸鋰或氫氧化鋰作為鋰源,分散在乙醇水溶液中,制成鋰分散液;O)、按照鈦源鋰源=7 4 5 4的摩爾比,稱取鈦源需要量,將其溶于鋰分散液中,然后進行強烈攪拌;(3)、將溶液放于反應釜中進行水熱反應,反應結束后,自然冷卻至室溫,然后洗滌過濾得到百色沉淀,將濾出的白色沉淀在馬弗爐里焙燒得鈦酸鋰粉末。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,其特征是所述乙醇水溶液的體積百分比濃度為15% -19%。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,其特征是所述進行強烈攪拌混合的時間為2-4h。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,其特征是所述水熱反應的溫度為120°C _180°C,反應8-14h。
5.根據(jù)權利要求1所述的鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,其特征是所述焙燒處理是指以5°C /min的升溫速度從室溫升溫至400°C -600°C的范圍內下焙燒MiH
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰二次電池負極材料納米級尖晶石型鈦酸鋰的制備方法,包括以下步驟(1)以碳酸鋰或氫氧化鋰作為鋰源,分散在乙醇水溶液中,制成鋰分散液;(2)按照鈦源∶鋰源=7∶4~5∶4的摩爾比,稱取鈦源需要量,將其溶于鋰分散液中,然后進行強烈攪拌;(3)將溶液放于反應釜中進行水熱反應,反應結束后,自然冷卻至室溫,然后洗滌過濾得到百色沉淀,將濾出的白色沉淀在馬弗爐里焙燒得鈦酸鋰粉末。本發(fā)明與現(xiàn)有鈦酸鋰的制備方法相比,降低了反應溫度,縮短了反應時間,并且制備工藝簡單,易于操作,原料廉價易得,得到的產物均勻,顆粒較小,產品性能優(yōu)良。
文檔編號B82Y40/00GK102303902SQ20111022370
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權日2011年8月5日
發(fā)明者劉杰, 孫琦, 畢冬穎 申請人:青島乾運高科新材料有限公司