[發明專利]高振實密度球形鈦酸鋰材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210344585.X
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102832383A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 蘇偉;魏增福;劉世念;陳剛;張鋒
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;C01G23/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭彤;萬志香

技術領域

本發明屬于電極材料制備領域，具體涉及一種高振實密度球形鈦酸鋰材料的制備。

背景技術

能源危機和環境污染問題是當前社會所面臨的重要問題，這些問題使得節能和環保成為社會關注的主要方向，也必然促使新能源及儲能電池的快速發展。

儲能電池主要包括有鉛酸電池、鎳氫電池以及鋰離子電池。鉛酸電池具有成本低廉、技術成熟、安全性高、可以大電流放電等優點，在目前動力電池市場上仍然占有很大的優勢。但是，鉛酸電池制備過程中的環境污染問題一直是制約其發展的瓶頸。鎳氫電池作為綠色電源，具有能量密度較高、無鎘金屬污染、支持大電流充放電、使用壽命長等優點，成為HEV的主要電源之一。但是鎳氫電池仍然存在一些缺點，如較低的單體電壓、自放電損耗大、電池成本高、對使用環境溫度敏感等，造成其在實際應用中受到一些限制。與鉛酸電池和鎳氫電池相比，鋰離子電池作為一種新興的儲能設備，具有更多的優點，如工作電壓高、能量密度高、循環性能好、使用壽命長、工作環境范圍寬、無記憶效應及綠色環保等。就電化學性能提高潛力和應用前景方面來看，鋰離子電池最具有優勢，是未來儲能電池發展的方向。

鋰離子電池多采用碳材料作為負極材料，但是傳統碳負極材料不能很好的滿足鋰離子電池的安全需求。這是由于碳電極和金屬鋰電極的電位很相近，在電池過充電的情況下，碳電極表面能析出金屬鋰形成枝晶，刺破隔膜造成電池短路，使得電池的循環壽命縮短和安全性能下降。此外，在充電過程中，電解液在碳電極表面發生還原分解反應，形成固體-電解質界面(SEI)，消耗電解液。基于提高鋰離子電池的電化學性能和安全性，除了碳負極材料外，硅基材料、氧化物、硫化物、錫基合金等材料都被應用為負極材料，但這些材料沒有獲得理想效果。相對于其他負極材料，尖晶石型鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）具有一些獨特的優勢，如制備容易、成本低廉、循環性能好、不與電解液發生反應，全充電狀態下有良好的熱穩定性，由于平衡電位較高，避免了金屬鋰的析出，并且其平臺容量超過理論容量的85%，充電結束時電位迅速上升，可用于指示終止充電，避免過充，因此安全性能比碳負極材料高，是最近幾年鋰離子電池負極材料研究的熱點之一。

鈦酸鋰材料作為一種典型的半導體材料，因此電子導電性較差，造成材料作為負極材料時倍率性能較差。目前常用的改進方法主要是將鈦酸鋰材料與導電物質進行復合，比如導電碳黑、碳納米管、石墨烯等，已經取得了很大的改進。鈦酸鋰材料的另一個缺點就是振實密度較低，低的振實密度必然會導致電極極片以及最終鋰離子電池的比能量降低，使其在各種便攜式電源的應用領域中受到限制，同時，低的振實密度也不利于材料的商業化生產。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種高振實密度球形鈦酸鋰材料的制備方法。

具體的技術方案如下：

一種高振實密度球形鈦酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）按每100ml無水乙醇加入0.25-2.5ml濃度為0.01-1mol·L^-1的弱堿性水溶液的比例配置水/乙醇弱堿性混合溶液；然后再按每100ml無水乙醇加入2-16ml鈦酸四丁酯的比例將鈦酸四丁酯加入上述水/乙醇弱堿性混合溶液中，攪拌10秒-2h，靜置5-24h，離心分離出固體產物，在30-80℃條件下，干燥得有機鈦前驅體；

（2）將鋰源與步驟（1）得到的有機鈦前驅體按Li：Ti=0.8-0.9:1的比例研磨混合得混合物；

（3）將無水乙醇與水按體積比0.1-10:1的比例配制乙醇溶液，然后將步驟（2）得到的混合物加入到上述乙醇溶液中，每1g混合物用2-5ml的乙醇溶液分散，超聲分散5-10分鐘，然后在50-80℃空氣中蒸干溶液，最后在惰性氣體保護下，750-950℃下煅燒2-24h，再在空氣中煅燒2-10h，或者直接在空氣中750-950℃下煅燒2-24h，冷卻即得所述高振實密度球形鈦酸鋰材料。

在其中一些實施例中，所述步驟（1）中的弱堿性水溶液為NaHCO₃，KHCO₃，Na₂CO₃或K₂CO₃的水溶液。

在其中一些實施例中，所述鋰源為Li₂CO₃，LiOH，LiNO₃，CH₃COOLi或LiCl。

在其中一些實施例中，所述惰性氣體為氮氣、氬氣或者氦氣氣氛下。