[發明專利]一種海膽狀鈦酸鋰微球的制備方法在審

申請號：	201510024083.2	申請日：	2015-01-19
公開（公告）號：	CN104821397A	公開（公告）日：	2015-08-05
發明（設計）人：	劉光印;鄭少龍;郭琳娜;張瑞雪;毛武濤;張亞杰;郭琳	申請（專利權）人：	南陽師范學院
主分類號：	H01M4/485	分類號：	H01M4/485;C01G23/00;B82Y30/00;B82Y40/00
代理公司：	四川君士達律師事務所 51216	代理人：	芶忠義
地址：	473061 河南***	國省代碼：	河南;41
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種海膽狀鈦酸鋰微球制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，涉及一種海膽狀鈦酸鋰微球的制備方法。

背景技術

隨著經濟的發展，能源和環境危機越來越受到人們的關注，新能源成為大家研究的重點。新能源發展的關鍵技術之一就是能量的儲存和轉換。鋰離子電池以其工作電壓高、能量密度高、使用壽命長等優點被認為是最理想的能量儲存和轉換的工具。電池材料是鋰離子電池的核心。因此，要獲得高性能鋰離子電池的關鍵是開發性能優異的電池材料。

與商業化的石墨負極相比，尖晶石型鈦酸鋰具有一個平坦且相對較高的嵌鋰電位(1.55V?vs.Li/Li⁺)，這樣就避免了鋰枝晶的出現，具有高的安全性；鈦酸鋰在充放電過程中幾乎不發生體積變化，具有優異的循環穩定性；此外，鈦酸鋰還具有較高的化學擴散系數，適合快速充放電。然而由于鈦酸鋰的電導率較低，在高倍率環境下工作時容量衰減較快，進而限制了其大規模商業化應用。

為了提高鈦酸鋰的電子和離子電導率，目前人們主要利用離子摻雜、引入高導電相和減小顆粒尺寸這三種途徑。離子摻雜雖然能提高鈦酸鋰的電子電導率，但是其改善鈦酸鋰倍率性能的效果不明顯；引入高導電相，通常采取的是碳包覆的方法，雖然改善了鈦酸鋰的倍率性能，但是碳的引入降低了鈦酸鋰的安全性。減小鈦酸鋰顆粒尺寸，特別是制備納米級鈦酸鋰可以大大縮短鋰離子在材料中的擴散距離，加快離子傳導速率，從而提高鈦酸鋰材料的倍率放電性能，但是納米粒子熱力學穩定性差，易于團聚，另外納米離子具有高的表面反應活性，常會使電極材料和電解液之間發生副反應，從而導致材料的容量衰減。近年來人們發現微納結構材料具有許多的優越性。微納結構是具有納米結構、整體尺度在微米級的結構體系，這類材料兼有納米材料和微米材料的優點，不僅能夠提供較大的比表面積和短的鋰離子擴散路徑，而且熱力學穩定。上海交通大學楊立等采用水熱法合成出由納米片組成的花朵型鈦酸鋰，表現出較高的倍率性能(Tang.Y,Yang.L,Qiu.Z,Huang.J,Template-free?synthesis?of?mesoporous?spinel?lithium?titanate?microspheres?and?their?application?in?high-rate?lithium?ion?batteries.J.Mater.Chem.,2009,19,5980-5984。)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種海膽狀鈦酸鋰微球的制備方法，解決了鈦酸鋰的電導率比較低，在高倍率環境下工作時容量衰減較快的問題。

本發明所采用的技術方案是按照以下步驟進行：

步驟1：將金屬鈦粉加入到氫氧化鈉溶液中，磁力攪拌1-120分鐘，然后將混合液轉移至聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，密封后放置于烘箱中，在80-260℃下水熱反應1-72小時；

步驟2：反應后冷卻至室溫，將所得沉淀離心分離，洗滌至pH值為7.0，然后將沉淀物在60-100℃烘箱中干燥即得二氧化鈦前驅體；

步驟3：按照原子比Li/Ti＝0.8-1.5稱取一定量的鋰鹽，與步驟2所得的二氧化鈦前驅體一起加入到乙醇與去離子水的混合液中，磁力攪拌1-100分鐘，然后將得到的乳濁液轉移至聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，密封后放置于烘箱中，在100-280℃下水熱反應1-48小時；

步驟4：反應后冷卻至室溫，將所得的沉淀離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌數次，然后將沉淀物在60-120℃烘箱中干燥得到白色粉體；

步驟5：將步驟4所得的白色粉體在300-1000℃下焙燒熱處理1-48小時，冷卻至室溫即得到海膽狀鈦酸鋰微球。

進一步，所述步驟1中所述金屬鈦粉的加入量為0.1-100g/L，氫氧化鈉的濃度為1-15mol/L。

進一步，所述步驟1中水熱溫度為100-180℃。

進一步，所述步驟2中所述的水熱時間為1-24小時。

進一步，所述步驟3中所述的鋰鹽為碳酸鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰、草酸鋰、硝酸鋰、磷酸鋰、三氯化鋰、四氯化鋰中的一種、或任意幾種組合。