[發(fā)明專利]一種花球狀鋰電池負極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210092820.9
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102616835A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹麗云;張振偉;黃劍鋒;孟巖;吳建鵬;王敦強
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;H01M4/1391
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池能源材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備花球狀鋰電池負極材料的方法——水熱法。

技術(shù)背景

隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，采用電動車輛取代燃油車輛是解決城市環(huán)境污染、緩解能源壓力的一種有效途徑，其中高安全性的鋰離子蓄電池已經(jīng)成為各種電動車輛的理想電源。與此同時，各種鋰離子蓄電池正負極材料也得到了廣泛的研究，正極材料從鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰到磷酸鐵鋰，而負極材料目前雖然仍以各種石墨類材料為主，但是其它各種負極材料在基礎(chǔ)研究方面也得到了迅速的發(fā)展，如錫基材料、硅基材料、金屬氧化物材料、氮化物材料和鈦酸鋰材料等。

目前，商品化的鋰離子蓄電池負極材料大多采用單一的嵌鋰碳(素)材料，但碳材料作為鋰離子蓄電池負極材料還存在一些缺點：由于碳負極電位與金屬鋰的電位很接近，過充電時易析出枝晶鋰，金屬鋰可能會在碳電極表面析出而引起短路，影響鋰電池的安全性能；易形成SEI膜而導(dǎo)致首次充放電效率較低，不可逆容量較大；與電解液反應(yīng)產(chǎn)生可燃氣體混合物；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，因而給電池特別是動力電池造成很大的安全隱患。

鋰電池負極材料的制備方法主要有：溶膠-凝膠法[HE?Hui，CHENG?Xuanand?ZHANG?Ying.Structure?and?performance?of?lithium?battery?anode?materialLi₄Ti₅O₁₂[J].Chinese?Journal?of?Materials?Research，2007(2)，21：82-86.]、高溫固相法[方杰，王志興，李新海，胡維，郭華軍，彭文杰，伍凌.燒結(jié)溫度和時間對Li₄Ti₅O₁₂電化學(xué)性能的影響.[J].中國有色金屬學(xué)報，1004-0609(2009)12-2179-07]、水熱離子交換法[Rui?Xu，Junrong?Li，Ao?Tan，Zilong?Tang?and?Zhongtai?Zhang.Novel?lithium?titanate?hydrate?nanotubes?withoutstanding?rate?capabilities?and?long?cycle?life.[J].Journal?of?PowerSource.196(2011)2283-2288.]等。但是這些方法或是操作復(fù)雜、較難控制，或是燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時間長。因此，尋找一種操作簡單、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時間短的方法將具有很大的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種具有特殊形貌即花球狀鋰電池負極材料的制備方法，該方法制備成本低、操作簡單、制備周期短且不需要后期熱處理，為鋰電池的發(fā)展研究提供了一個新方向。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

1)將分析純的可溶性鋰鹽溶于去離子水中，配制成Li⁺濃度為1.8～2.5mol/L的溶液A；

2)按Li∶Ti＝0.78～0.82的摩爾比取鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，鈦酸丁酯與無水乙醇的體積比為1∶1～4，所得溶液記為B；

3)在磁力攪拌下，將A溶液緩慢滴加到B溶液中，逐漸形成白色乳狀溶液C；

4)將溶液C倒入水熱反應(yīng)釜中，填充度為50％-80％，然后密封反應(yīng)釜，在120～180℃，反應(yīng)2～24h，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜取出，空氣中冷卻至室溫；

5)打開水熱反應(yīng)釜，取出產(chǎn)物離心分離，并用去離子水、無水乙醇分別洗滌3～5次，于電熱鼓風干燥箱中在60～90℃下干燥得最終產(chǎn)物花球狀鋰電池負極材料。

所述的可溶性鋰鹽為LiOH·H₂O。

本發(fā)明的有益的效果體現(xiàn)在：

1)此方法制備的鋰電池負極材料是由片狀組裝成的花球狀結(jié)構(gòu)，其表達式為：Li_1.81H_0.19Ti₂O₅·2H₂O；

2)用此方法制備電極材料具有多種優(yōu)點：工藝簡單，操作方便且不需要后期的熱處理，大大降低了生產(chǎn)能耗。

附圖說明

圖1為在水熱180℃、反應(yīng)24h的條件下所制備的樣品的XRD圖。

圖2、圖3和圖4是在水熱180℃、反應(yīng)24h的條件下所制備的樣品的SEM圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。