一種環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法，其步驟包括前驅(qū)液的制備、前驅(qū)體的合成、Li4Ti5O12納米球的制備、Li4Ti5O12納米球的焙燒；其反應過程中不需要加入任何的模板劑，合成成本低廉，工藝步驟簡單易行。
【專利說明】
一種環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的不斷進步和發(fā)展，環(huán)保和能源問題越來越受到人們的高度重視，綠色電源的發(fā)展為此提供了解決問題的途徑。鋰離子電池以其電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、大電流放電性能好和無污染等優(yōu)點，在二次電池市場上發(fā)展迅速，廣泛用于手機、無線電話、攝像機、筆記本電腦等領域。無論是移動電話、手提電腦等用小型鋰離子電池，還是電動工具或汽車用大型鋰離子電池，鋰離子電池的安全問題一直是人們普遍關注的。目前，商業(yè)化的鋰離子電池負極主要采用碳材料，但以碳做負極的鋰電池在應用上仍存在一些弊端:
[0003]1、過充電時易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電池的安全性能；
[0004]2、易形成SEI膜而導致首次充放電效率較低，不可逆容量較大；
[0005]3、即碳材料的平臺電壓較低(接近于金屬鋰)，并且容易引起電解液的分解，從而帶來安全隱患。
[0006]4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。
[0007]與目前商品化的碳負極材料相比，尖晶石鈦酸鋰具有更好的電化學性能和安全性。這種材料具有“零應變”特性，在充放電過程中骨架結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生變化，嵌鋰電位高，鋰離子擴散系數(shù)比普通碳電極高一個數(shù)量級等優(yōu)良特性，而且具備了鋰離子電池必需的充電次數(shù)更多、充電過程更快、更安全的特性?？梢灶A見:鈦酸鋰材料在不久的將來一定會成為新一代鋰離子電池的負極材料而被廣泛應用在新能源汽車、電動摩托車和要求高安全性、高穩(wěn)定性和長周期的應用領域。但鈦酸鋰也有其不足，如高電位帶來電池的低電壓，導電性差(固有電導率為10-9S/cm)，高倍率充放電時比容量不能很好的發(fā)揮出來，大電流放電易產(chǎn)生較大極化等，極大的限制了其商品化應用。因此需要通過改性來改善其導電性，從而提高Li4Ti5O12高倍率性能，同時還要保持其高容量可逆容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，并且達到低成本的目的。提高Li4Ti5O1^倍率性能的途徑主要有以下3個方面:(I)制備納米粒徑Li4Ti5O12, (2)制備多孔結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12和(3)提高導電性。Li4Ti5O12顆粒尺小不但增大了與電解液的接觸面積，而且縮短了鋰離子的迀移路徑，Li4Ti5O12的多孔結(jié)構(gòu)也可以增大與電解液的接觸面積，此外，多孔Li4Ti5012g易摻雜或者包覆其他導電性好的材料提高其導電性?，F(xiàn)有的Li4Ti5O12的合成技術，通常有固相法，高能球磨法，以及溶膠-凝膠法。但固相法，高能球磨法合成溫度高、燒結(jié)時間長、能耗大、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)物的粒徑分布不易控制、均勻性、一致性和重現(xiàn)性較差等缺點，而溶膠-凝膠添加了有機化合物造成成本上升，且工藝復雜，難以控制。
[0008]綜上所述，發(fā)展一種價格低廉，易操作的途徑來制備多孔大比較面積的Li4Ti5O12納米顆粒對Li4Ti5O1M^商業(yè)化應用具有極大的推進作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種價格低廉、操作簡易的環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法。
[0010]為了實現(xiàn)以上目的本發(fā)明所采用的技術方案是:一種環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于，
[0011](I)前驅(qū)液的制備
[0012]量取多元醇，用高純氮鼓吹30分鐘并攪拌以去除其中的水份，緩慢滴入有機鈦源，在室溫條件下攪拌8個小時，獲得無色透明的前驅(qū)液；
[0013](2)前驅(qū)體的合成
[0014]取丙酮，在攪拌的條件下將配置好的前驅(qū)液快速倒入，待溶液變成透明無色之后，加入去離子水，I小時候得到白色的膠體溶液，并離心分離，用乙醇洗三次，80度烘干得到前驅(qū)體；
[0015](3)Li4Ti5012納米球的制備
[0016]按照前驅(qū)體:鋰源=10:1的投料質(zhì)量比，在攪拌條件下將其分散于水/異丙醇溶液中，將所得的混合物導入反應釜中，升溫到180度反應24小時，冷卻之后，將所得到的產(chǎn)物離心分離烘干；
[0017](4)Li4Ti5012納米球的焙燒
[0018]將步驟(3)中獲得的Li4Ti5O12納米球放入燒結(jié)爐中，于空氣氛圍中焙燒，500度焙燒4小時，最后冷卻至室溫。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟(I)中加入的鈦源包括鈦酸丁酯和鈦酸丙酯。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟(I)中加入的多元醇包括乙二醇、二乙二醇和三乙二醇。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟(3)中加入的鋰源包括氫氧化鋰、碳酸鋰和硝酸鋰。
[0022]本發(fā)明的有益效果是在其反應過程中不需要加入任何的模板劑，合成成本低廉，工藝步驟簡單易行。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例獲得的乙醇鈦球TEM圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例獲得的Li4Ti5O1^XRD圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例獲得的Li4Ti5O1^BET圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實施例獲得的Li4Ti5O12的FESEM圖。
[0027]圖5為本發(fā)明實施例獲得的Li4Ti5O12的TEM圖。
【具體實施方式】
[0028]現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所要求保護的技術方案作進一步詳細說明。
[0029]本實施例中的綠色環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法如下:
[0030]量取50ml乙二醇置入10ml玻璃瓶中，用高純氮鼓吹30分鐘并攪拌，以除其中的水，緩慢滴入2ml鈦酸丁酯，在室溫條件下攪拌8個小時。得到無色透明液體，則前驅(qū)液制成。取200ml丙酮倒入500ml玻璃瓶中，在攪拌的條件下將配置好的乙醇鈦溶液快速倒入，待溶液變成透明無色之后，加入1.7ml去離子水，I小時候得到白色的膠體溶液，并離心分離，用乙醇洗三次，80度烘干得到乙醇鈦球前驅(qū)體。
[0031]取部分產(chǎn)物做TSEM表征，結(jié)果如圖1所示，其尺寸大小為300-500nm.
[0032]按照乙醇鈦球:氫氧化鋰=10:1的投料質(zhì)量比，在攪拌條件下將其分散于水/異丙醇溶液中，將所得的混合物導入反應釜，升溫到180度反應24小時，冷卻之后，將所得到的產(chǎn)物離心分離烘干。將上述的產(chǎn)物放入燒結(jié)爐中，于空氣氛圍中焙燒，500度焙燒4小時，最后冷卻至室溫。
[0033]取部分產(chǎn)物做XRD，BET，F(xiàn)ESEM，TEM測試，結(jié)果如圖2至圖5所示.說明本方法合成的產(chǎn)物為Li4Ti5012，顆粒尺寸在300-500nm，并且顆粒為多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大約為160m2/g。
[0034]本發(fā)明的方法中所說的鈦源，鋰源為現(xiàn)有技術中普遍采用的相應原料，這些原料中鈦源可以是鈦酸丁酯，鈦酸丙酯等鈦的醇鹽，鋰源可以是氫氧化鋰，碳酸鋰，硝酸理等，多元醇可以是乙二醇，二乙二醇，三乙二醇等。其他普遍采用的鈦源，鋰源和醇也同樣可使用于本發(fā)明。
[0035]在本實施例中測定用SHMADUXRD 6000型X射線衍射儀，試驗條件為Cu Ka輻射源，管壓40Kv，管電流40mA.采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM; JSM-6700F)和透射電子顯微鏡(TEM ; JEM- 2 O1，2 O O k V)進行樣品形貌分析，產(chǎn)物的比表面積和孔徑分布利用Quantachrome N0VA-3000吸附儀，通過液氮溫度下的吸附/脫附方法測定。
[0036]各實例中所使用的試劑和化學品的規(guī)格:
[0037]鈦酸丁酯:化學純，含量>97%
[0038]乙二醇:化學純，含量>99%
[0039]丙酮:化學純，含量>99%
[0040]氫氧化鋰:化學純，含量>99%
[0041]以上所述之實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案作出更多可能的變動和潤飾，或修改為等同變化的等效實施例。故凡未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明之思路所作的等同等效變化，均應涵蓋于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種環(huán)保環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于: (1)前驅(qū)液的制備； 量取多元醇，用高純氮鼓吹30分鐘并攪拌以去除其中的水份，緩慢滴入鈦源，在室溫條件下攪拌8個小時，獲得無色透明的前驅(qū)液； (2)前驅(qū)體的合成； 取丙酮，在攪拌的條件下將配置好的前驅(qū)液快速倒入，待溶液變成透明無色之后，加入去離子水，I小時候得到白色的膠體溶液，并離心分離，用乙醇洗三次，80度烘干得到前驅(qū)體； (3)Li4Ti50i2納米球的制備; 按照前驅(qū)體:鋰源= 10:1的投料質(zhì)量比，在攪拌條件下將其分散于水/異丙醇溶液中，將所得的混合物導入反應釜中，升溫到180度反應24小時，冷卻之后，將所得到的產(chǎn)物離心分離烘干； (4)Li4Ti5012m米球的焙燒； 將步驟(3)中獲得的Li4Ti5O12納米球放入燒結(jié)爐中，于空氣氛圍中焙燒，500度焙燒4小時，最后冷卻至室溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中加入的鈦源包括鈦酸丁酯和鈦酸丙酯等有機鈦源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中加入的多元醇包括乙二醇、二乙二醇和三乙二醇。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保環(huán)保多孔鈦酸鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中加入的鋰源包括氫氧化鋰、碳酸鋰和硝酸鋰。
【文檔編號】H01M4/485GK105845923SQ201610312838
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】李成超, 陳立寶, 練慶旺
【申請人】廣東工業(yè)大學