[發明專利]無添加劑原位制備鋰離子電池負極材料的方法

有效

• 申請號: 201410605644.3
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104409711B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 單忠強;朱坤磊;田建華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;B82Y40/00
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明是關于材料化學及電化學領域的鋰離子電池負極材料，特別涉及長壽命負極材料合成的新方法。

背景技術

近年來，鋰離子電池發展迅猛，具有眾多優點。目前廣泛應用于鋰電池負極材料多為石墨等碳材料，但在充放電過程中會有鋰枝晶的形成，使此類鋰離子電池存在重大安全隱患，而TiO₂作為負極材料，可以將充放電電壓控制在1V以上可以有效抑制SEI膜的生長，提升了電池的安全性能。另外，TiO₂結構穩定，充放電過程體積變化小，基本是零應變材料，能承受充放電過程中的應力，從而有較長的循環壽命，成為有潛在應用價值的負極材料。TiO₂作為一種重要的無機材料被廣泛應用于能量儲存、光伏產業、污染物的催化降解及氣敏元件等領域。TiO₂的應用與它本身的尺寸、形貌、晶型及表面特性等緊密相關，例如一維材料納米線作鋰離子電池陽極時，有利于電解液的擴散、有效的承受充放電過程的徑向張力及電子的徑向傳輸等優點；而納米片作陽極時能最大化的與電解液接觸及有利于鋰離子的傳輸。故擬以合成納米線及納米片以滿足鋰離子電池不同的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，在無添加劑的條件下制備出銳鈦礦TiO2納米線及納米片并用于鋰離子電池負極材料，電池在5C(850mA g^-1)電流密度充放電下，循環4000次后仍有75mA h g^-1放電容量。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

無添加劑原位制備鋰離子電池負極材料的方法，按照下述步驟進行：

步驟1，將鈦酸四丁酯加至甲醇中，兩者的體積比為1:180-1:1.8，在室溫20—25攝氏度下攪拌12h以上，得到白色乳濁液，優選攪拌15—20h；

步驟2，將乳濁液滴于銅板或FTO導電玻璃上，在室溫20—25攝氏度下放置12h以上，得到白色粉末，優選放置15—20h；

步驟3，將白色粉末在500度下鍛燒2h，得銳鈦礦TiO₂納米線或納米片，即鋰離子電池負極材料。

在上述技術方案中，鈦酸四丁酯和甲醇的體積比小于或者等于20：180時，得到銳鈦礦TiO₂納米線，大于20：180時，得到銳鈦礦TiO₂納米片。

以日本理學公司XRD衍射儀，型號D/MAX-2500進行測試，從圖中看出所合成材料為銳鈦礦型TiO₂。以日本日立掃描電鏡,型號S-4800進行測試，從圖片中可以看出納米片的尺寸，長1.5～5.1μm，寬110～410nm。以日本電子,型號JEM-2100F透射電鏡進行測試，從圖片中可以看出納米線是由10-30nm大小的球形顆粒組成的。以日本日立掃描電鏡,型號S-4800進行測試，從圖片中可以看出納米片的尺寸，長0.4～1.4μm，寬210～570nm。以日本日立掃描電鏡,型號S-4800進行測試，從圖片中可以看出納米片是由10-30nm大小的球形顆粒組成，且可以看出片的寬度約為30nm。在LAND CT2001A電池測試系統上測試，活性物質的量：1.5-1.8mg，循環4000次后仍能保持的73mAh g^-1容量。

與現有技術相比，本發明合成了大小較均勻的銳鈦礦TiO₂納米線及納米片，將其用于鋰離子電池負極，電池在5C(850mA g^-1)電流密度充放電下，循環4000次后仍有75mA h g^-1放電容量。

附圖說明

圖1是銳鈦礦TiO₂納米線的X射線衍射圖。

圖2是銳鈦礦TiO₂納米線的掃描電鏡照片。

圖3是銳鈦礦TiO₂納米線的透射電鏡照片。

圖4是銳鈦礦TiO₂納米片的掃描電鏡照片(1)。

圖5是銳鈦礦TiO₂納米片的掃描電鏡照片(2)。

圖6是TiO₂納米片的充放電壽命曲線。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

(1)10ml鈦酸四丁酯加至18ml甲醇中，在室溫下攪拌12h，得到白色乳濁液。

(2)將乳濁液滴于銅板或FTO導電玻璃上，在室溫下放置12h，得到白色粉末。