[發明專利]一種鈦酸鋰薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410016747.6
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103746103A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 劉興亮;曾暉
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源股份公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;B32B9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及能源領域，尤其涉及一種鈦酸鋰薄膜的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因比能量高、工作電壓高、循環壽命長等其他傳統電池不具有的獨特優勢，而得到廣泛應用。目前商品化的鋰離子電池負極材料大多采用碳素材料，其優點是安全性能好、循環性能好等，但仍存在不少問題。1983年，Murphy等首次報道Li₄Ti₅O₁₂與金屬鋰的電池反應。1996年，加拿大研究者Zaghib首次提出采用Li₄Ti₅O₁₂材料作負極與高電壓正極組成鋰離子蓄電池、與碳電極組成電化學混合電容器。鈦酸鋰負極材料的鋰的嵌入和脫出伴隨著Ti⁴⁺/Ti³⁺反應的進行，充放電過程中該材料幾乎沒有體積效應，晶體的結構十分穩定，放電非常平穩，平均電壓平臺約為1.56V左右，理論比容量175mAh/g，其循環次數能達到4000次，甚至上萬次，在儲能和動力鋰離子電池負極材料中有著很大的研究價值和商業應用前景。

Li₄Ti₅O₁₂主要的合成方法有高溫固相法，溶膠-凝膠法，燃燒法等。姚經文等以LiCO₃和TiO₂為原料，采用固相法制得純相的Li₄Ti₅O₁₂，首次放電容量為158.3mAh/g(《鋰離子電池負極材料Li₄Ti₅O₁₂的合成及電化學性能》,?功能材料,?2006,?37(11):?1752-1754)。劉東強等以醋酸鋰、乙醇、鈦酸四丁酯為原料，采用溶膠-凝膠法制備出的Li₄Ti₅O₁₂晶型發育良好(《Li₄Ti₅O₁₂溶膠-凝膠法合成及其機理研究》,?無機化學學報,?2004,?20(7):?829-832)。Raja等將鈦酸丁酯與HNO₃混合，再加入LiNO₃，采用燃燒法制備得到Li₄Ti₅O₁₂?(《Synthesis?of?nanocrystalline?Li₄Ti₅O₁₂?by?a?novel?aqueous?combustion?technique》,?Journal?of?Alloys?and?ComPounds,?2009,?468(l-2):?258-262)。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種鈦酸鋰薄膜的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鈦酸鋰薄膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）基底的預處理：將鈦片依次用丙酮、鹽酸、無水乙醇、去離子水超聲清洗15-30min，放入干燥箱中60～80℃烘干2～8h，取出后備用；

（2）二氧化鈦薄膜的制備：采用二次陽極氧化法制備二氧化鈦薄膜，以步驟（1）的鈦片為陽極，石墨為陰極，氟化銨和水的乙二醇體系為電解液，溶液溫度為10～20℃，初次氧化和二次氧化的時間分別是1～2h和2～4h，制備電壓為10～40V，待氧化完成后，依次用乙醇和去離子水沖洗干凈，50～80℃烘干后即制得二氧化鈦薄膜；

（3）將鋰源加入到100mL無水乙醇中，配成濃度為0.5～5mol/L溶液，放入50～80℃的恒溫水槽中；將步驟（2）中的二氧化鈦薄膜垂直放入鋰源溶液中，在50～80℃水浴條件下反應1～10h，得到鈦酸鋰前驅體薄膜；

（4）將步驟（3）附著鈦酸鋰前驅體薄膜的鈦片置于空氣氣氛下700～900℃煅燒5～10h得到鈦酸鋰薄膜，重復步驟（3）和（4）可得到預定層數的薄膜型鈦酸鋰負極材料。

作為優選，步驟（2）中氟化銨和水的質量分數分別為0.1～1wt%和1～3wt%。

作為另一個優選，步驟（3）的鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、醋酸鋰的一種或兩種及以上混合物。

本發明的有益效果是：

所需原料價格低廉，操作簡單易行，制備出鈦酸鋰負極材料具有優秀的電化學性能。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。