[發明專利]一步溶劑熱法快速制備鋰離子電池負極材料的方法

有效

• 申請號: 201410606616.3
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104362323B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 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;H01M4/139
• 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

本發明是關于電化學領域的電池負極材料，更加具體地說，特別涉及快速制備單分散介孔材料的方法。

背景技術

能源是21世紀世界經濟發展的三大支柱之一。隨著經濟和社會的發展，傳統化石燃燒趨于消耗殆盡，尋找新的能源替代石油等傳統污染環境的能源是一個發展大勢所趨。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，相對鋰電位較低有固態電解質膜的形成，且會有鋰枝晶的形成，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。單分散介孔TiO2亞微米球由Chen等^[1]人以十六胺做結構導向劑、通過溶膠-凝膠和溶劑熱法相結合的方法合成，被本課題組用于鋰離子電池負極^[2]，證明其有在鋰離子電池中有應用的價值，但Chen等人所使用的合成方法步驟繁瑣又耗時長，所以有必要開發一種新的方法來合成介孔亞微米球。此專利中我們開發了一步溶劑熱法快速合成了不同尺寸的介孔TiO₂亞微米球。

[1]Chen?D,Huang?F,Cheng?Y?B,et?al.Mesoporous?Anatase?TiO2?Beads?with?High?Surface?Areas?and?Controllable?Pore?Sizes:A?Superior?Candidate?for?High‐Performance?Dye‐SensitizedSolar?Cells[J].Advanced?Materials,2009,21(21):2206-2210.

[2]Zhu?K,Tian?J,Liu?Y,et?al.Submicron-sized?mesoporous?anatase?TiO?2?beads?with?a?high?specific?surface?synthesized?by?controlling?reaction?conditions?for?high-performance?Li-batteries[J].RSC?Advances,2013,3(32):13149-13155.

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種快速制備單分散介孔亞微米TiO₂球鋰離子電池負極材料的方法。在扣式2032電池中極片活性物質含量超過10mg的條件下，5C(850mA/g)下充放電循環100次，仍能保持100mAh/g以上的可逆容量。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

一步溶劑熱法快速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0.5-3質量份十六胺溶于150體積份乙醇中，加入0.1-5.0體積份質量百分數為25％的濃氨水，劇烈攪拌下，加入1-5體積份鈦酸四異丙酯，將上述反應液轉移至高壓反應釜中，100-300攝氏度下反應1-12h；

步驟2，待高壓反應釜冷卻至室溫20—25攝氏度后，通過離心、洗滌得到白色沉淀。將白色樣品烘干；

步驟3，將烘干的樣品在300-800攝氏度下鍛燒2h，即得到用作鋰離子電池負極材料的亞微米級的單分散介孔TiO₂球。

在上述技術方案中，1質量份為1克，1體積份為1毫升。

在上述技術方案中，所述步驟1中，反應時間優選4—6小時。

在上述技術方案中，所述步驟3中，鍛燒溫度優選為500攝氏度。

利用日本理學公司，型號D/MAX-2500的XRD儀器進行分析，從圖中可以看出所合成的物質是銳鈦礦型TiO2。利用日本日立掃描電鏡,型號S-4800進行測試，從圖片中可以看出單個球的尺寸大小約為200nm。在LAND?CT2001A電池測試系統上測試，活性物質的量：12.1mg，100次循環后容量仍在100mAh?g^-1以上。

與現有技術相比，本發明可在12h內即合成了大小非常均勻的單分散的介孔TiO₂亞微米球，且可以通過控制反應條件來控制其大小、比表面積等，并且將其用于鋰離子電池負極，在極片活性物質質量超過10mg，電流密度850mA/g下充放電循環，容量100mAh/g以上。

附圖說明