[發明專利]鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰的溶膠凝膠制備方法

有效

• 申請號: 201310693746.0
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103715408A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 唐致遠;郗富昌;凌國維
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;C01G23/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域：

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料，進一步涉及鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰的溶膠凝膠制備方法。

背景技術：

隨著當今電子設備的不斷發展，鋰離子電池的研究與應用日漸受到重視。目前碳負極材料已經成功地應用在商業化的鋰離子電池中。碳負極具有相對于金屬鋰的放電平臺較低、插鋰容量較高的優點。但由于插鋰后碳電極的電位與金屬鋰的電位很接近，小于0.1V?vs?Li/Li⁺，當電池過充時，金屬鋰可能在碳電極表面析出而形成鋰枝晶，從而引起短路，存在著安全隱患。這些因素促使研究者們不斷尋找性能優良、制備工藝簡單且成本低廉的新型鋰離子電池負極材料。

尖晶石Li₄Ti₅O₁₂及其相關的鈦氧化物等由于具有優異的循環性能及無毒、安全等優點而成為較有前景的負極材料。但是，Li₄Ti₅O₁₂的理論容量較小，且嵌鋰電位較高，制備過程中需要進行長時間的高溫煅燒，耗能大，生產效率低，因而開發具有良好循環性能且較高容量的負極材料仍然是該領域的研究重點；鈦酸鋅鋰Li₂ZnTi₃O₈作為一種插入型鋰離子電池負極材料，具有一系列的優點，如煅燒溫度低、煅燒時間短、循環性能好、倍率性能較高等。

目前關于鈦酸鋅鋰負極材料的制備方法主要有：

魏明登等人的“高純度鈦酸鋅鋰納米棒的制備方法及其在鋰電池中的應用”（CN201010300609.2），提出將鈦酸納米線、碳酸鋰、乙酸鋅混合后煅燒得到最終產物。但該專利鈦源制備過程需要水熱法制備，過程復雜，條件苛刻，不利于大批量制備，限制了該材料的進一步發展應用。

因此，需要尋找一種新的鈦酸鋅鋰材料制備工藝。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰的制備方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種鋰離子電池負極材料鈦酸鋅鋰的溶膠凝膠制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將檸檬酸和乙二醇按照摩爾比1:（1-4）溶于去離子水中；

步驟二：秤取鈦源、鋰源、鋅源加入到上一步得到的溶液中，鈦源、鋰源、鋅源的摩爾比為3:1:1；其中，鈦源與步驟1）中的檸檬酸的摩爾比為1:2

步驟三：將上一步得到的體系在60℃下攪拌2小時，得到透明溶膠；

步驟四：將上一步得到的溶膠繼續在80℃下攪拌4小時得到凝膠；

步驟五：將上一步得到的凝膠轉移到馬弗爐中，升溫至700-800℃煅燒3-5小時，即得到最終產品。

所述鈦源優選鈦酸異丙酯；所述鋰源優選碳酸鋰；所述鋅源優選乙酸鋅、硝酸鋅中的一種或兩種的混合物。

本發明相對于現有技術的有益效果是：

（一）將鈦源、鋰源、鋅源溶于檸檬酸和乙二醇的混合水溶液中，加熱攪拌形成凝膠，再進行煅燒，可以得到均勻的鈦酸鋅鋰材料，解決了固相反應法制備鈦酸鋅鋰工藝中采用球磨混料或者直接焙燒造成的反應物混合不均勻的問題。

（二）本方法煅燒溫度低、時間短，設備投資少，能耗小，生產效率高。

附圖說明：

圖1為實施例1和實施例2制備產物的X-射線衍射（XRD）圖譜，圖中，橫坐標代表角度，縱坐標代表強度。

圖2為實施例1所得材料為正極材料的模擬電池的循環性能測試圖；圖中，橫坐標代表循環次數，縱坐標代表比容量，單位為mAh/克。

具體實施方式：

實施例1：

秤取8.180克檸檬酸溶解到蒸餾水中，加入5.288克乙二醇，混合均勻，秤取6.054克鈦酸異丙酯、0.525克碳酸鋰和1.558克乙酸鋅加入到上述溶液中，在60℃下劇烈攪拌2小時，溶液變成黃色透明溶膠，繼續在80℃下攪拌4小時，形成凝膠。將凝膠轉移到馬弗爐中，升溫到800℃，煅燒3小時，得到鈦酸鋅鋰負極材料，該材料標記為“樣本A”。

秤取0.8克樣本A，將其與乙炔黑及PVDF按照質量比80:10:10的比例混合，攪拌均勻后涂覆在銅箔上，置于真空干燥箱中，于120℃下真空干燥24小時，后經輥壓、沖片，得到電極片；以金屬鋰片為對電極、1M?LiPF6的EC：DEC：EMC溶液為電解液，組成模擬電池進行電化學性能測試。該電池在0.1A/克電流下充放電時，首次放電比容量為208.0mAh/克，循環100次后放電比容量為182.6mAh/克。

實施例2：