[發(fā)明專利]一種鈦酸鋰材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310349002.7
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN103441257A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)?/a>;張萍;李芳芳
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰材料的制備方法，特別是一種高倍率、高循環(huán)性能鈦酸鋰負(fù)極材料的制備方法，屬于能源材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源、信息、環(huán)境已經(jīng)成為科技發(fā)展的三大主題，其中能源問題尤其受到世界各地的廣泛關(guān)注。鋰離子二次電池具有工作電壓高、比能量高、體積小、重量輕、壽命長等許多優(yōu)點(diǎn)，不僅能為小型電子設(shè)備如移動(dòng)電話、筆記本電腦、便攜式攝錄機(jī)提供電能，而且能為混合電車和電動(dòng)汽車提供電能。

???尖晶石型鈦酸鯉（Li₄Ti₅O_?12?）作為新型儲(chǔ)能電池的電極材料日益受到重視，是因?yàn)榧饩外佀徜囋阡囯x子嵌入、脫嵌過程中晶體結(jié)構(gòu)能夠保持高度的穩(wěn)定性，鋰離子嵌入前后都為尖晶石結(jié)構(gòu)，且晶格常數(shù)變化很小，同時(shí)體積變化很小，小于1%?，所以Li₄Ti₅O_?12?被稱為零應(yīng)變電極材料。這能夠避免充放電循環(huán)中由于電極材料的反復(fù)伸縮而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，從而提高電極的循環(huán)性能和使用壽命，減少了隨循環(huán)次數(shù)的增加而帶來比容量幅度的衰減，使Li₄Ti₅O_?12?具有優(yōu)異的循環(huán)性能。與碳負(fù)極材料相比，Li₄Ti₅O_?12平衡電位較高，避免了金屬理的沉積，并且其平臺(tái)容量超過總?cè)萘康?5%，充電結(jié)束時(shí)電位迅速上升，此現(xiàn)象可用于指示終止充電，避免了過充電。?因此Li₄Ti₅O_?12負(fù)極的安全性比碳負(fù)極材料高。Li₄Ti₅O_?12的化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)比碳負(fù)極材料大一個(gè)數(shù)量級(jí)，充放電速度很快。鈦酸鋰作為負(fù)極材料與LiCoO₂?、LiMn₂O₄?、LiNiO₂?和活性炭等可以組成鋰離子電池、全固態(tài)電池和混合型超級(jí)電容器，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用性能。同時(shí)鈦酸鋰還具有抗過充性能及熱穩(wěn)定性能好、安全性高、可靠性高、壽命長和比容量大等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電池等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。鈦酸鋰的合成方法比較多，通常有固相反應(yīng)法、高能球磨法以及溶膠-凝膠法。

固相法工藝簡單，但產(chǎn)品性能不夠理想，一般需要摻雜改性，但摻雜改性過程中，摻雜元素難以均勻摻入而導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定；高能球磨法工藝較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。溶膠-凝膠法具有化學(xué)均勻性好，化學(xué)純度高等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也是顯而易見的：添加有機(jī)化合物造成了成本上升；在燒結(jié)的過程中，凝膠過程是一個(gè)體積劇烈膨脹的過程，因此反應(yīng)爐的利用率較低；有機(jī)物在燒結(jié)過程中產(chǎn)生大量的CO₂?氣體；工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)來滿足能源領(lǐng)域的大量需求。

由于鈦酸鋰本身的導(dǎo)電性很差，在高倍率充放電時(shí)容量不能很好的發(fā)揮出來，因此需要通過摻雜、包覆、摻碳等對(duì)其改性來提高其導(dǎo)電性，從而提高鈦酸鋰的率性能，并且需要成本低廉。

發(fā)明內(nèi)容

為彌補(bǔ)上述現(xiàn)有材料的不足，本發(fā)明向公開了一種新的制備尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰材料的制備方法，具體發(fā)明內(nèi)容如下：

1、本發(fā)明涉及一種制備高容量、高倍率性能和循環(huán)性能優(yōu)異的尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰負(fù)極材料的方法；

2、其制備方法為：

（1）將Ag、Co、Al、Mg、Zn、Ti、Zr、Si、F的化合物中的一種或幾種與納米二氧化鈦一起溶于溶劑后進(jìn)行紫外光照射，并與偏鈦酸、超出計(jì)量比3-10%的鋰源以及分散劑一起球磨攪拌0.5-8h，同時(shí)進(jìn)行紫外光照射；將磨細(xì)并混合均勻后物料烘干后于600-900℃以及一定氣氛下恒溫加熱2-20h，冷卻后得到具有晶格摻雜的尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰材料；

（2）上述（1）中所述Ag、Co、Al、Mg、Zn、Ti、Zr、Si、F的化合物主要為硝酸鹽、氟化物、醋酸鹽、氧化物或脂類化合物，其加入量為產(chǎn)品鈦酸鋰摩爾計(jì)量比的0.05-2%；

（3）上述（1）中所述納米二氧化鈦為銳鈦礦型、金紅石型或兩種晶型同時(shí)存在的混晶結(jié)構(gòu)，其中以80%銳鈦礦型、20%金紅石型的混晶結(jié)構(gòu)為最佳，納米二氧化鈦的粒度為10-100nm；其中以50nm以下為最佳；

（4）上述（1）中所述紫外光照射中光源強(qiáng)度為：每1L溶液或漿料用10-100W紫外燈或高壓汞燈照射，光照距離為3-20cm；