[發明專利]鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310127256.4
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN104103822B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 孫黎;王佳平;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M4/40
• 分類號: H01M4/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，尤其涉及一種作為鋰離子電池負極材料的尖晶石型鈦酸鋰的制備方法。

背景技術

尖晶石型鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）作為一種“零應變”電極活性材料，是目前鋰離子電池負極活性材料研究的熱點。鈦酸鋰作為鋰離子電池負極活性材料，具有較高的離子傳導率，且在鋰離子電池首次充放電過程中不需要形成固體電解質界面膜（SEI膜），從而具有較高的能量轉換效率。此外，鈦酸鋰來源廣泛，清潔環保，在鋰離子電池中得到了廣泛的應用。

現有技術中尖晶石型鈦酸鋰通常需要在600℃以上高溫煅燒才能達到鈦酸鋰在用于鋰離子電池負極活性材料時的容量要求，此外，過高的煅燒溫度下，合成的鈦酸鋰晶粒尺寸較大，當應用于鋰離子電池中時，無法充分發揮鈦酸鋰的優勢，限制了鋰離子電池性能的提高。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種可以在較低溫度下合成且具有較好電化學性能的鋰離子電池負極材料的制備方法。

一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：提供鈦酸四丁酯溶液以及氫氧化鋰的水溶液；將所述鈦酸四丁酯溶液逐步加入到所述氫氧化鋰的水溶液中，使鈦酸四丁酯與所述氫氧化鋰在堿性環境中進行反應，獲得一混合沉淀物，根據所采用的醇的特性，對所得到的混合沉淀物進行水洗；以及煅燒該混合沉淀物，使該混合沉淀物反應生成鈦酸鋰。

相較于現有技術，本發明通過將鈦酸四丁酯溶液逐步加入到所述氫氧化鋰的水溶液中的方式，使所述鈦酸四丁酯在與氫氧化鋰混合時始終處于一堿性環境中，從而可以使鈦酸四丁酯與氫氧化鋰發生反應生成以鋰鈦氧化物（Li-Ti-O）形式為主的鈦酸鋰的前驅材料。該前驅材料Li-Ti-O的形成可使后續的煅燒溫度降低，從而可以在相對于現有技術較低的溫度（350攝氏度至500攝氏度）下仍然可以制備獲得鈦酸鋰。此外，采用本發明方法獲得的鈦酸鋰粒徑均勻、尺寸較小且成分穩定，作為鋰離子電池負極材料可以較好的改善鋰離子電池的循環穩定性、容量保持率等電化學性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供給的鋰離子電池負極材料的制備方法的流程圖。

圖2（a）-（d）依次為本發明實施例1-3制備的混合沉淀物以及對該混合沉淀物在不同溫度，即400度、600度和800度下煅燒獲得的鈦酸鋰粉體的XRD對比圖譜。

圖3（a）-（d）分別為本發明實施例1制備的鈦酸鋰粉體的透射電鏡（TEM）照片、實施例1制備的鈦酸鋰粉體的高分辨率透射電鏡照片（HRTEM）、實施例2制備的鈦酸鋰粉體的TEM照片以及實施例3制備的鈦酸鋰粉體的TEM照片。其中，（c）和（d）的內圖為相應的HRTEM照片。

圖4為本發明實施例1制備的鈦酸鋰粉體的孔徑分布圖。

圖5為本發明實施例1制備的鈦酸鋰粉體的氮氣吸附脫附曲線。

圖6為采用本發明實施例1-3制備的鈦酸鋰粉體的鋰離子電池以及采用商用鈦酸鋰粉體的鋰離子電池在恒定倍率下的循環性能測試對比圖。

圖7為采用本發明實施例1-3制備的鈦酸鋰粉體的鋰離子電池以及采用商用鈦酸鋰粉體的鋰離子電池在不同倍率下的循環性能測試對比圖。

圖8為本發明對比實施例1制備的混合沉淀物1以及本發明實施例1制備的混合沉淀物的XRD對比測試圖譜。

圖9為本發明對比實施例2制備的混合沉淀物2以及本發明實施例1制備的混合沉淀物的XRD對比測試圖譜。

具體實施方式

下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的鋰離子電池負極材料的制備方法作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施例提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，提供鈦酸四丁酯溶液以及氫氧化鋰的水溶液；

S2，將所述鈦酸四丁酯溶液逐步加入到所述氫氧化鋰的水溶液中，使鈦酸四丁酯與所述氫氧化鋰在堿性環境中進行反應，獲得一混合沉淀物；以及

S3，煅燒該混合沉淀物，使該混合沉淀物反應生成鈦酸鋰。