[發明專利]一種鋰離子動力電池用負極材料鈦酸鋰的制備方法

無效

• 申請號: 201310254099.3
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103346309A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 張新波;趙雪;徐吉靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;C01G23/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及一種鋰離子動力電池用負極材料鈦酸鋰的制備方法，屬于電化學能源材料技術領域。

背景技術

尖晶石型鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）是鋰離子動力電池的新一代負極材料。它具有很多優點：（1）鋰離子嵌入和脫出過程中，晶體結構變化小于1%，因此具有非常好的循環性能和平穩的充放電平臺，被譽為“零應變材料”；（2）嵌鋰電位高，不易析出鋰枝晶，不與常用電解液發生反應，因此具有非常好的安全性能；（3）較高的化學擴散系數(2×10^-8cm²/s)，鋰離子遷移速率快，適合快速充放電；（4）抗過充和熱穩定性好。因此鈦酸鋰作為鋰離子動力電池和儲能鋰離子電池負極材料，有著巨大的研究價值和商業應用前景。

現有的鈦酸鋰常采用固相合成法合成，因為該方法操作方便，對設備要求簡單，影響因素少，所以也是最容易實現工業化的材料制備方法。但是，固相合成法合成的鈦酸鋰容易團聚、顆粒較大、導電性差。將其用作鋰離子電池負極材料，在大電流充放電時容量衰減迅速而導致電池倍率性能較差。

發明內容

本發明要解決現有技術中固相合成法合成的鈦酸鋰用作鋰離子電池負極材料，在大電流充放電時容量衰減迅速而導致電池倍率性能較差的技術問題，提供一種鋰離子動力電池用負極材料鈦酸鋰的制備方法，制得的鈦酸鋰用作鋰離子電池負極材料，能夠提高電池的循環穩定性及倍率性能。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種鋰離子動力電池用負極材料鈦酸鋰的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

（1）稱取8mmol氫氧化鋰，溶于20mL去離子水中，攪拌10-30分鐘，向其中滴加1-3mL過氧化氫溶液，再加入55-85mg聚乙烯吡咯烷酮，攪拌2-4小時；

（2）向步驟（1）的溶液中滴加605μL鈦酸異丙酯，攪拌1-3小時；

（3）將步驟（2）得到的混合溶液轉移至50mL反應釜中，進行水熱反應，反應溫度為140-180℃，反應時間為12-20小時；

（4）將步驟（3）得到的反應物離心洗滌、烘干后，在空氣中于400-600℃下煅燒20-30分鐘，降至室溫后再在空氣中于500-700℃下煅燒6-8小時，得到鈦酸鋰材料。

在上述技術方案中，步驟（1）中所述的過氧化氫溶液的質量分數為30%。

在上述技術方案中，步驟（1）中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量為40000。

在上述技術方案中，步驟（4）中所述將步驟（3）得到的反應物烘干，其烘干溫度為60-80℃。

在上述技術方案中，步驟（4）中所述將反應物進行兩次煅燒，其升溫速率都控制為3-5℃/分鐘。

本發明提供的鋰離子動力電池用負極材料鈦酸鋰的制備方法的有益效果是：

本發明采用水熱法合成鈦酸鋰材料，通過加入過氧化氫的量調節溶液的pH，控制后續滴加的鈦酸異丙酯的水解速度，通過加入聚乙烯吡咯烷酮的量控制生成物鈦酸鋰的形貌，最終得到刺球狀的鈦酸鋰材料（見附圖1）。這種特殊形貌的鈦酸鋰用作鋰離子動力電池用負極材料，能夠增大電解液與活性物質的接觸面積，并且為鋰離子的傳輸提供了順暢的通道，得到的電池循環穩定性及倍率性能優異。如附圖2說明了實施例二制備的鈦酸鋰材料在1C電流密度下，容量可達到150mAh/g以上，且60次循環容量不下降。如附圖3說明了實施例三制備的鈦酸鋰在1C、5C、10C、5C、1C電流密度下循環各10次，大電流10C下容量在120mAh/g以上，且1C時，容量可保持在150mAh/g，倍率性能較好。如附圖4說明了實施例四制備的鈦酸鋰材料在5C電流密度下，首次放電容量較高，可達到157mAh/g。

附圖說明

圖1為本發明實施例一制備的鈦酸鋰材料的SEM圖。

圖2為本發明實施例二制備的鈦酸鋰材料在1C電流密度下的循環性能曲線。

圖3為本發明實施例三制備的鈦酸鋰材料在不同倍率下充放電循環性能圖。

圖4為本發明實施例四制備的鈦酸鋰材料在5C電流密度下的充放電曲線圖。

具體實施方式

本發明提供的一種鋰離子動力電池用負極材料鈦酸鋰的具體制備方法如下：

（1）稱取8mmol氫氧化鋰，溶于20mL去離子水中，攪拌10-30分鐘，向其中滴加質量分數為30%的過氧化氫溶液1-3mL，再加入55-85mg質量分數為40000的聚乙烯吡咯烷酮，攪拌2-4小時；