[發(fā)明專利]鋰離子二次電池鈦酸錳(II)鋰正極材料的制備方法

無效

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• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103456947A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 粟智;田華玲;姚翔;王帥
• 申請（專利權）人: 新疆師范大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/485
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于電化學電源材料制備技術領域。以有機醇為分散體系，采用溶膠凝膠法合成鋰離子電池碳包覆鈦酸錳（II）鋰正極材料。

背景技術

鋰離子電池最初主要以小型高能量密度二次電池問世，經(jīng)過近年來研究技術以及應用領域的拓展(如電動汽車等)，鋰離子電池開始朝著多元化方向推進，其應用主要在高能量密度電池、高功率動力電池、長壽命儲能電池、雙高(高能量密度和高功率密度)電池和微型鋰離子電池。然而，鋰離子電池技術的核心是電極材料。要提高鋰離子電池的電化學性能，關鍵要尋找一種合適的電極材料，使電池具有足夠高的嵌鋰容量和很好的鋰脫嵌可逆性，以保證電池的高電壓、大容量和長循環(huán)壽命的要求。其中，正極材料是阻礙高容量鋰離子電池發(fā)展的瓶頸，也是決定電池安全性能的重要因素。納米材料具有特殊的物理、化學性能，在電子材料和催化劑等方面已經(jīng)得到成功應用。隨著納米材料的應用越來越廣，電池研究者們開始將納米材料應用到該領域。

溶膠–凝膠法是制備納米材料的一種常用方法，廣泛應用于金屬氧化物納米粒子的制備。該方法的優(yōu)點在于：原料可達到原子水平均勻混合、合成溫度低，產(chǎn)品的化學性能好、粒徑小且分布窄、比表面積大、晶體結晶程度高。前驅物用金屬醇鹽或非醇鹽均可。其實質是前驅物在一定條件下水解成溶膠，再制成凝膠，經(jīng)干燥和熱處理后制得所需納米粒子。本發(fā)明以有機醇為分散體系，采用溶膠-凝膠法合成一種新型的鋰離子電池用的鈦酸錳（II）鋰正極材料，為開拓鋰離子電池正極材料的合成提供了一種新方法，為鋰離子電池材料合成和多元化方向發(fā)展打開新的大門。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種碳包覆鈦酸錳(II)鋰正極材料的合成方法。

所述的方法包括如下步驟：

(1)將原料鋰原料、錳原料和鈦原料按Li:Mn:Ti=2:1:1摩爾配比稱取，將稱好的乙酸鋰和乙酸錳溶解在50ml?95%的乙醇中，攪拌均勻得到A溶液;

（2）將稱量好的鈦酸丁酯和檸檬酸（或葡萄糖）分散在50ml無水乙醇中，攪拌均勻且檸檬酸全部溶解，得到B溶液,將B溶液通過恒流泵滴加入A溶液中，滴加完畢后在室溫下攪拌3h后將溶膠轉移至蒸發(fā)皿中在37℃的烘箱中風干形成凝膠;

（3）將凝膠取出在Ar氣氛中在300℃預燒1h后取出，研磨均勻后將樣品放入Ar氣氛中以每5℃/min的升溫速度升至700℃，恒溫12h后溫度隨爐子將至80℃后取出反應物即可得到碳包覆的鈦酸錳（II）鋰（Li₂MnTiO₄）正極材料。

本發(fā)明的有益效果為：合成快速、環(huán)保、易工業(yè)化，材料電化學性能優(yōu)異。

本發(fā)明通過溶膠凝膠法合成了碳包覆的鈦酸錳（II）鋰，所得的碳包覆的鈦酸錳鋰材料電化學窗口寬,在1-4.3V電壓范圍內(nèi),以0.5C倍率充放電，比容量最高可達到238.2mAh/g。本發(fā)明使用的原料簡單易得，成本低，制備工藝簡單適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是實施例中得到的碳包覆鈦酸錳(II)鋰正極材料的X射線衍射（XRD）譜圖；

圖2是實施例中得到的鈦酸錳(II)鋰的正極材料紅外（IR）光譜圖；

圖3是實施例中得到的鈦酸錳鋰(II)正極材料的投射電鏡（TEM）圖；

圖4是實施例中得到的鈦酸錳鋰(II)正極材料的充放電曲線；

圖5是實施例中得到的鈦酸錳(II)鋰正極材料的循環(huán)壽命圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明：

具體實施例：

實例：

按比例分別稱取2.04g?(CH₃COO)₂Li·2H₂O、2.45g?(CH₃COO)₂Mn·4H₂O、3.40g鈦酸丁酯、1.137g檸檬酸；

將乙酸鋰和乙酸錳溶解在50ml?95%的乙醇中形成溶液A；

將稱量好的鈦酸丁酯和檸檬酸溶解在50ml?95%無水乙醇中形成溶液B；