[發(fā)明專利]一種以含鈦納米管為原料的鈦酸鐵鋰正極材料制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310138729.0
• 申請(qǐng)日: 2013-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN103227320A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅紹華;侯瑞;張溪溪;李紅磊;謝慶宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485
• 代理公司: 北京國(guó)林貿(mào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李富華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)電源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以含鈦納米管為原料的鈦酸鐵鋰正極材料制備方法。

技術(shù)背景

鋰離子二次電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種便攜式電池產(chǎn)品，近年來電動(dòng)車和混合動(dòng)力車的儲(chǔ)能裝置的需求對(duì)鋰離子二次電池及其電極材料提出更高的要求，正極材料是其關(guān)鍵性組成部分，尋求廉價(jià)、安全、環(huán)境友好并具有高比能量的鋰離子二次電池正極材料成為鋰離子二次電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

Li₂MTiO₄（M=Mn、Fe、Co、Ni）是一類新型正極材料，其為立方巖鹽結(jié)構(gòu)，具有理論容量大、在較高電位下更容易嵌入/脫嵌、可逆性和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有應(yīng)用前景的鋰二次電池正極材料（J.?Gopalakrishnan等，Journal?of?Solid?State?Chemistry，2003，172：171-177）。在這一族中，Li₂FeTiO₄理論容量可達(dá)295?mAh/g，工作電壓適中，原料來源廣泛、廉價(jià)、環(huán)保，是近年剛剛開始研究的正極材料。目前此材料的合成方法報(bào)道的有溶膠-凝膠法（Mirjana?Küzma等，Journal?of?Power?Sources，2009，189：81–88），但其放電比容量在0.05C低充放電倍率下，僅為123mAh/g，高溫60℃時(shí)也僅為148mAh/g。歐洲專利WO2009/120156?A2?“Titanates?of?transition?metals?as?materials?for?the?cathode?in?lithium?batteries”也報(bào)道了溶膠-凝膠法（sol-gel?method）制備Li₂MTiO₄（M=Mn、Fe、Co、Ni），但沒有電池比容量的測(cè)試數(shù)據(jù)。發(fā)明專利201210113557.7首次報(bào)道了水熱法制備Li₂FeTiO₄，其微觀形貌也多為球形顆粒狀，同時(shí)也沒有電池比容量的測(cè)試數(shù)據(jù)。

已多有報(bào)道，鋰離子電池正極材料充放電的嵌鋰-脫鋰特性，與微觀結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。Li₂FeTiO₄中Li⁺離子輸運(yùn)通道是一維的，所以構(gòu)件一維微觀結(jié)構(gòu)的Li₂FeTiO₄將有助于提高其電池實(shí)際比容量。含鈦納米管（鈦酸（H₂Ti₃O₇）、二氧化鈦（TiO₂）等）容易通過溫和的水熱合成工藝或后續(xù)熱處理制得，在此基礎(chǔ)上（一定產(chǎn)率）繼承性的獲得一維或其他維度微觀結(jié)構(gòu)Li₂FeTiO₄正極材料，并使比容量得到提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種以含鈦納米管為原料的鈦酸鐵鋰正極材料制備方法，其特征在于，以含鈦納米管及含鋰、含鐵的化合物為原料，通過調(diào)節(jié)水熱反應(yīng)工藝參數(shù)制備Li₂FeTiO₄正極材料，具體步驟為：

將乙酸鋰（LiCH₃COO·2H₂O）、氯化亞鐵（FeCl₂·4H₂O）和含鈦納米管為原料，按Li﹕Fe﹕Ti＝2﹕1﹕1摩爾配比稱取，加去離子水，倒入反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)溶液pH值，密封放入均相反應(yīng)器；為改變產(chǎn)物形貌，調(diào)節(jié)反應(yīng)物溶液起始濃度及水熱反應(yīng)溫度和水熱反應(yīng)時(shí)間；反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，取出反應(yīng)產(chǎn)物；用去離子水和酒精進(jìn)行洗滌、過濾、干燥后，即得到Li₂FeTiO₄正極材料粉體。

所述含鈦納米管為鈦酸（H₂Ti₃O₇）納米管和二氧化鈦（TiO₂）納米管中的一種。

所述調(diào)節(jié)反應(yīng)物溶液起始濃度是在100ml聚四氟乙烯罐中加入去離子水量為50-200ml。

所述水熱反應(yīng)前調(diào)節(jié)溶液pH值為7。

所述水熱反應(yīng)溫度，為150℃~200℃。

所述水熱反應(yīng)時(shí)間，為24~72h。

本發(fā)明的有益效果在于與現(xiàn)有技術(shù)相比，以含鈦納米管為原料水熱法制備的鈦酸鐵鋰正極材料可以具有不同微觀結(jié)構(gòu)形貌，同時(shí)具有更高的放電比容量，在鋰離子電池正極材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明