[發明專利]一種鈷摻雜鈦酸鋰納米復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710421104.3
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107170976A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 劉建雄;劉成;詹肇麟;吳正宇
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鈷摻雜鈦酸鋰納米復合材料的制備方法，屬于納米材料制備技術領域。

背景技術

隨著新能源汽車、可穿戴設備的高速發展，人們對發展新型化學電源提出了更高且十分迫切的要求。鋰離子電池憑借其能量密度高、工作電壓高、自放電率低、無記憶效應、循環壽命長、綠色環保等獨特優勢，被廣泛應用于各種便攜式電子產品和通訊工具中。負極材料對鋰離子電池的性能起到十分重要的作用，目前，商品化鋰離子電池多采用石墨為負極材料，但是，這類材料在實際應用中存在一些問題，如首次充放電效率較低，充放電過程體積發生變化，容易形成鋰枝晶引起短路，使電解液分解存在安全隱患等。

相比之下，具有尖晶石結構的鈦酸鋰，在充放電過程中鋰離子插入和脫嵌對材料結構幾乎沒有影響，稱為“零應變”材料，充放電平臺良好且平臺容量可達放電容量的90%以上，循環性能好，不與電解液反應，制備方法簡單，成本較低。因此，目前尖晶石型鈦酸鋰以其優異的安全特性和長循環壽命已經成為商業化應用前景極其廣闊的鋰離子電池負極材料。

鈦酸鋰具有良好的電化學能和安全性能，但是，也存在以下不足：(1)理論容量及能量密度低；(2)鋰離子擴散率及電子電導率低、大倍率性能尚需改善；(3)高溫性能差等。

發明內容

針對以上問題，本發明在鈦酸鋰中摻雜具有高比容量的鈷，提高其能量密度，同時通過鈦酸鋰的納米化改善鋰離子擴散、導電性及結構穩定性。

本發明的目的在于提供一種鈷摻雜鈦酸鋰納米復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）稱取鋰源和鈦源分別溶于溶劑中后混合并攪拌均勻，獲得溶液A；

（2）將添加劑、絡合劑溶于水，攪拌均勻，得溶液B；

（3）將溶液A與溶液B混合攪拌均勻后轉入封閉的反應容器中加熱，恒溫反應；

（4）待步驟（3）反應結束后，將反應產物冷卻到室溫，用乙醇和水的混合液反復洗滌、離心、干燥，收集到前驅物；

（5）將步驟（4）收集到的前驅物放入充滿惰性氣體的氣氛爐中燒結，冷卻后獲得鈷摻雜鈦酸鋰納米復合材料。

步驟（1）所述鋰源和鈦源所提供中鋰與鈦的摩爾比為（0.8～1.0）:1.0。

步驟（1）所述鈦源為鈦酸異丙酯、鈦酸正丙酯、鈦酸四丁酯中的一種，所述鋰源為一水氫氧化鋰、氯化鋰、硫酸鋰中的一種。

步驟（1）所述鋰源的溶劑為水，所述鈦源的溶劑為乙醇或乙二醇。

步驟（2）所述添加劑為可溶性鈷鹽，為硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷中的一種，所述添加劑占步驟（1）中鈦源和鋰源總質量的5％～15％。

步驟（2）所述絡合劑為尿素、蔗糖、葡萄糖中的一種，所述絡合劑占步驟（1）中鈦源和鋰源總質量的5％～15％。

步驟（3）所述恒溫反應是在130℃～180℃反應6～24小時。

步驟（5）所述惰性氣體為氮氣或氬氣。

步驟（5）所述燒結是在450℃～750℃保溫5～10小時。

本發明的效果和優點：

1、本發明操作簡單，較傳統的二次水熱法大幅縮短反應時間，且對環境友好，降低生產成本，易于工業化生產。

2、本發明制備的含鈷摻雜鈦酸鋰復合材料顆粒細小、分散均勻，結晶性好，在大倍率（2C）充放電條件下具有更高的理論容量和良好的循環性能，在新型鋰離子電池領域具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制得鈷摻雜鈦酸鋰納米復合材料XRD圖；

圖2為本發明實施例1制得鈷摻雜鈦酸鋰納米復合材料作為鋰離子電池負極材料在2C倍率下的充放電容量圖。

具體實施方式

下面結合實施例，對發明作進一步地的詳細說明，但本發明的保護范圍不限于此。

實施例1

一種鈷摻雜鈦酸鋰納米復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將0.378g一水氫氧化鋰與3.4g鈦酸四丁酯分別溶于20mL去離子水和30mL乙醇，密閉攪拌1h獲得溶液A；

（2）將0.38gCo(NO₃)₂·6H₂O、0.38g尿素溶于40mL去離子水，攪拌均勻，得溶液B；

（3）將溶液A與溶液B混合攪拌均勻后轉入封閉的反應容器中加熱，130℃反應18h；

（4）待步驟（3）反應結束后，將反應產物冷卻到室溫，用乙醇和水的混合液反復洗滌、離心，80℃干燥6h，收集到前驅物；