[發明專利]一種多孔Li4Ti5O12空心球的超聲霧化制備方法

有效

• 申請號: 201710505837.5
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107215891B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 林應斌;楊艷敏;王智勝;王穎峰;黃志高
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;C01G23/00;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及一種多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超聲霧化制備方法。該方法先將可溶性Li、Ti的化合物按(4～4.3):5摩爾比溶于無水乙醇中得A溶液，將可溶性金屬離子鰲合剤和含碳化合物溶于去離子水中得B溶液，將A溶液加入到攪拌狀態下的B溶液中，繼續攪拌1～3小時。然后利用超聲霧化器將得到的混合溶液霧化成霧滴，在抽真空系統的輔助下將霧滴載入高溫爐，使霧滴變成前驅體粉末，最后在空氣或氧氣的氛圍中煅燒，得到多孔空心球形鈦酸鋰材料。本發明方法有效優化了鈦酸鋰負極材料的空間結構和粒徑，有效地提升了Li₄Ti₅O₁₂材料的大電流充放電性能與循環性能。同時具有簡單的操作、高效率、低成本以及方便大量生產等特點。

技術領域

本發明涉及一種多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超聲霧化制備方法，屬于鋰離子電池材料制備技術領域。

背景技術

近年來，隨著數碼設備、電子儀表的小型化與高性能化，高能量密度且長循環壽命的鋰離子電池日益受到重視。負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，對電池性能起著關鍵性的作用。尖晶石型鈦酸鋰是一種“零應變”材料,具有充放電電壓穩定和對環境友好等優點,在鋰離子脫/嵌過程中晶體結構能夠保持高度的穩定性，可以有效避免鋰枝晶的形成和電解液的分解，從根本上消除鋰離子電池的安全隱患，被認為是最有希望的下一代鋰離子電池負極材料。然而，鈦酸鋰本征電子電導率和離子電導率偏低，嚴重制約了其作為高功率負極材料在動力型鋰離子電池中的應用。目前提高鈦酸鋰的高倍率充放電性能的主要途徑有三種：制備納米級鈦酸鋰、制備金屬元素摻雜和碳包覆鈦酸鋰、制備多孔或中空結構的鈦酸鋰。制備金屬元素摻雜和碳包覆鈦酸鋰主要采用高溫固相法，采用高溫固相法制備出來的鈦酸鋰材料大多數是微米級，并且顆粒分布不均勻，大電流充放電性能較差；制備多孔或中空結構的鈦酸鋰主要采用模板法，雖然多孔或中空結構可以有效提高鈦酸鋰材料的電導能力和大電流充放電性能，但是其制備工藝繁瑣，成本較高，不利于產業化。制備納米級鈦酸鋰是解決鈦酸鋰負極材料的大電流充放電性能最行之有效的方法,鈦酸鋰顆粒的納米化不僅增大了鈦酸鋰與電解液的接觸面積，還縮短了鋰離子的遷移路徑。

現有的納米級鈦酸鋰的制備技術主要包括水熱法、溶膠-凝膠法、噴霧裂解法和模板法等，這些方法燒結時間長、生產效率低、產物的粒徑分布不易控制、工藝繁瑣且成本較高。

本發明所要解決的技術問題是提供一種多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超聲霧化制備方法，該制備方法工藝簡單、制備過程易控制、成本低且可進行大規模生產，制備的鈦酸鋰純度高且電化學性能優良。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超聲霧化制備方法。為實現本發明的目的，采用的技術方案是：

1、分別將可溶性Li、Ti的化合物按(4～4.3):5摩爾比溶于無水乙醇中，充分攪拌0.5～1小時，得A溶液；

本發明所述的可溶性Li化合物為碳酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰和硝酸鋰中的一種。

本發明所述的可溶性Ti化合物為鈦酸異丙酯、鈦酸丁酯和硫酸氧鈦中的一種。

2、將可溶性金屬離子鰲合剤和含碳化合物溶于去離子水中，充分攪拌10～30 分鐘后得到澄清溶液，得B溶液。

3、將A溶液逐滴加入到攪拌狀態下的B溶液中，在15～40℃的水浴鍋中繼續攪拌并回流，攪拌轉速為每分鐘50～120轉，攪拌1～3小時后得到用于霧化的前驅體混合溶液。

本發明所述的可溶性金屬離子鰲合剤為草酸、檸檬酸和酒石酸中的一種，金屬離子鰲合劑的用量為前驅體混合溶液中所有金屬離子物質摩爾量總和的 1.5～3.5倍。