一種類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微米級(jí)類球形材料的合成，尤其涉及一種類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)展電動(dòng)汽車替代以汽油為燃料的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境與合理利用可再生能源意義重大。二次電池技術(shù)被認(rèn)為是電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵。作為二次電池中的佼佼者，鋰離子電池自1991年被日本Sony公司產(chǎn)業(yè)化以來(lái)，以其能量密度高，輸出功率大，充放電效率高，工作溫度范圍寬，環(huán)境友好，循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為大規(guī)模用電裝置尤其是車用動(dòng)力電源的不二之選。
[0003]基于石墨負(fù)極的鋰離子電池技術(shù)雖然已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化多年，且在電子產(chǎn)品、移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，但在電動(dòng)車用電池組中遇到了很大挑戰(zhàn)。電動(dòng)汽車用鋰離子電池對(duì)于電池組的一致性和單節(jié)電池的耐過(guò)充性能有著非常嚴(yán)格的要求，而石墨負(fù)極鋰枝晶的產(chǎn)生及SEI膜的溶解問(wèn)題導(dǎo)致電池安全性和循環(huán)性存在問(wèn)題。
[0004]在眾多負(fù)極材料候選者中，由于良好的過(guò)充特性、穩(wěn)定的循環(huán)性能，鈦酸鋰(Li4Ti5012)作為電動(dòng)車用鋰離子電池負(fù)極受到了廣泛的關(guān)注，它的優(yōu)勢(shì)主要可歸納為:極佳的循環(huán)穩(wěn)定性;很好的耐過(guò)充性能；電池電壓易于控制;原料價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境友好。但是鈦酸鋰的電導(dǎo)率很低(小于10—13S/cm)，鋰離子擴(kuò)散能力也需要提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種原料成本低，方法簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，粒度均勻，振實(shí)密度高，電化學(xué)性能好的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，包括步驟:
[0007](a)配制 Ti0S04 溶液；
[0008](b)在pH值為1-10、溫度為0-120°C、濃度為0.1-lg/L下，將Ti0S04水解成為類球形H2Ti03 顆粒;
[0009](c)將得到的出1^03從溶液中分離出來(lái)，并在500-600°C下煅燒4_6h得到類球形Ti〇2顆粒；
[0010](d)利用乙醇作為分散劑，按照Ti與Li的摩爾比為4: 5的比例，將得到的Ti02與鋰源徹底混合并干燥；
[0011](e)將混合物進(jìn)行分布煅燒，自然冷卻后得到類球形鈦酸鋰電極材料。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟(c)中分離H2Ti03的方式為離心或者抽濾。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟(d)中的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰中的一種。
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟(e)中的分布煅燒是指在400-500°C下煅燒4-6h，在700-900°C下煅燒10-20h。
[0015]將合成的類球形鈦酸鋰電極材料制備成二次鋰電池的方法如下:
[0016]將上述的類球形鈦酸鋰電極材料、乙炔黑、PVDF按照85: 10: 5的質(zhì)量比研磨均勻后，加入NMP攪拌使其成為均勻漿料;將漿料用涂膜機(jī)均勻涂布在干凈的銅鋁箔上制成電極片，并在真空干燥箱中烘干;將烘干的電極片與鋰片在氬氣氣氛的手套箱中封裝成鋰電池。
[0017]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]本發(fā)明是通過(guò)采用Ti0S04作為原料，水解形成H2Ti03，通過(guò)選擇合適的水解條件得到類球形出1103的顆粒，H2Ti03煅燒過(guò)后得到Ti02顆粒，再與適當(dāng)比例的鋰鹽混合，高溫分步燒結(jié)即可得到微米級(jí)類球形Li4Ti5012顆粒，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在:原料成本低，方法簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，所得的類球形鈦酸鋰負(fù)極材料粒度均勻，振實(shí)密度高，電化學(xué)性能好。
[0019]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1:(a)實(shí)施例1中水解得到的H2Ti03的SEM圖，(b)實(shí)施例l*H2Ti03煅燒得到的Ti02 的 SEM 圖；
[0021]圖2:(a)實(shí)施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料的XRD圖，(b)實(shí)施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料的SEM圖；
[0022]圖3:(a)實(shí)施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料在0.1C倍率下前兩圈充放電曲線，(b)實(shí)施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料在0.1、0.5、1、2、5C倍率下充放電曲線；
[0023]圖4:實(shí)施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料在1C和2C倍率下循環(huán)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0025]實(shí)施例一，其步驟如下:
[0026](1)稱取20gTi0S04配制成濃度為0.lg/mL的溶液200mL;
[0027](2)調(diào)節(jié)溶液pH為1.0，溫度為60°C，靜置20h，使Ti0S04水解成為類球形H2Ti03顆粒；
[0028](3)將所得溶液離心分離，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0029](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥；
[0030](5)混合物在空氣氣氛下450°C煅燒4h，800°C煅燒20h，自然冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0031 ]如圖1至圖4可見，本發(fā)明制備的類球形鈦酸鋰電極材料粒度均勻，振實(shí)密度高，電化學(xué)性能好。
[0032]實(shí)施例二，其步驟如下:
[0033](1)稱取20g Ti0S04配制成濃度為0.1g/mL的溶液200mL;
[0034](2)調(diào)節(jié)溶液pH為6.0，溫度為60°C，靜置20h，使Ti0S04水解成為類球形H2Ti03顆粒；
[0035](3)將所得溶液離心分離，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0036](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥；
[0037](5)混合物在空氣氣氛下500°C煅燒3h，800°C煅燒10h，自然冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0038]實(shí)施例三，其步驟如下:
[0039](1)稱取100g Ti0S04配制成濃度為0.5g/mL的溶液200mL;
[0040](2)調(diào)節(jié)溶液pH為6.0，溫度為120°C，靜置20h，使Ti0S04水解成為類球形H2Ti03顆粒；
[0041](3)將所得溶液離心分離，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0042](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥。
[0043](5)混合物在空氣氣氛下450°C煅燒4h，800°C煅燒20h，自然冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0044]實(shí)施例四，其步驟如下:
[0045](1)稱取5(^ Ti0S04配制成濃度為0.25g/L的溶液200mL;
[0046](2)調(diào)節(jié)溶液pH為1.0，溫度為0°C，攪拌5h，使Ti0S04水解成為類球形出1103顆粒；
[0047](3)將所得溶液抽濾，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0048](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥；
[0049](5)混合物在空氣氣氛下450°C煅燒4h，800°C煅燒15h，自然冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0050]將合成的類球形鈦酸鋰電極材料制備成二次鋰電池的方法如下:
[0051 ]將合成的類球形鈦酸鋰電極材料、乙炔黑、PVDF按照85:10: 5的質(zhì)量比研磨均勻后，加入適量的NMP攪拌使其成為均勻漿料;將漿料用涂膜機(jī)均勻涂布在干凈的銅鋁箔上制成電極片，并在真空干燥箱中烘干;將烘干的電極片刻成直徑12mm的圓片并與鋰片在氬氣氣氛的手套箱中封裝為半電池。
[0052]上述組裝的是扣式電池，僅僅是為測(cè)試該材料性能，然而制備的二次鋰電池類球形鈦酸鋰電極材料可應(yīng)用于方形、扣式、軟包裝、圓柱形電池等各類鋰電池中。
[0053]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于包括步驟: (a)配制Ti0S04溶液; (b)在pH值為1-10、溫度為0-120°C、濃度為0.l-lg/L下，將Ti0S04水解成為類球形H2Ti03 顆粒; (c)將得到的出1^03從溶液中分離出來(lái)，并在500-600°C下煅燒4-6h得到類球形Ti02顆粒； (d)利用乙醇作為分散劑，按照Ti與Li的摩爾比為4:5的比例，將得到的Ti02與鋰源徹底混合并干燥； (e)將混合物進(jìn)行分布煅燒，自然冷卻后得到類球形鈦酸鋰電極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(c)中分離H2Ti03的方式為離心或者抽濾。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(d)中的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(e)中的分布煅燒是指在400-500°C下煅燒4-6h，在700-900°C下煅燒10-20h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種類球形鈦酸鋰電極材料，其分子式為L(zhǎng)i4Ti5O12，該合成方法步驟如下：(1)原料硫酸氧鈦(TiOSO4)通過(guò)水解得到類球形偏鈦酸(H2TiO3)顆粒；(2)偏鈦酸煅燒得到類球形二氧化鈦(TiO2)顆粒；(3)將類球形二氧化鈦顆粒與鋰源混合煅燒，即可得到微米級(jí)類球形鈦酸鋰材料。該方法原料成本低，方法簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，制備的類球形鈦酸鋰電極材料振實(shí)密度高，電化學(xué)性能好。
【IPC分類】H01M4/485, C01G23/00, H01M10/0525
【公開號(hào)】CN105470490
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510943834
【發(fā)明人】何平, 周豪慎, 戴晨光, 庾海媛
【申請(qǐng)人】蘇州迪思伏新能源科技有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日