[發明專利]一種具有取向結構的納米片狀鈦酸鋰材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010793115.6
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111960462B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 吳明娒;符舒婷;童圣富
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發明公開了一種具有取向結構的納米片狀鈦酸鋰材料的制備方法，步驟如下：將鈦源加入反應溶劑中，攪拌均勻后加入烷基氫氧化銨水溶液，經水熱反應得到前驅體A；向氫氧化鋰溶液中加入前驅體A，經過水熱反應合成前驅體B；將前驅體B進行煅燒處理，即可獲得具有取向結構的鈦酸鋰納米片。本發明制備的鈦酸鋰材料具有利于鋰離子遷移的取向結構通道，鋰離子沿著該取向通道遷移能夠降低能量消耗，同時，該鈦酸鋰材料為納米片狀結構，二維片狀納米結構可有效縮短鋰離子的擴散距離。由此，可促進離子的快速遷移，提高材料的快速充放電能力，使材料可作為鋰離子電池負極材料應用于功率型動力電池中，解決了現有鈦酸鋰材料存在的離子遷移率低的瓶頸問題。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種具有取向結構的納米片狀鈦酸鋰材料及其制備方法與應用。

背景技術

當前，推動和發展節能環保的新能源汽車，是解決能源與環境問題的重要舉措。而發展新能源汽車的關鍵之一，是發展新型高效的電池材料及關鍵技術。鋰離子電池由于具有循環壽命長、環境友好、可以兼具良好的能量密度和功率密度等優點，是目前最具發展潛力的動力電池。然而，現階段鋰離子動力電池仍存在很多不足和挑戰，如安全性差、難以實現快速充放電、續航里程短、成本高等，難以滿足動力電池的發展需求。因此，發展具有高安全、長續航、高效率、低成本的電池材料與技術，是促進節能與新能源汽車發展的關鍵所在。

鈦酸鋰材料是一種具有廣闊發展前景的電極材料，其具有零應變、高電位等特性，與其他負極材料相比具有安全穩定、壽命長、倍率性能好、高低溫性能優異等顯著優點。鈦酸鋰因其固有的特性被認為是大功率鋰離子電池中最有前途的電極材料之一，可用于下一代電動汽車儲能電池里。雖然鈦酸鋰具有很大的應用潛力，但是這類材料也存在一些突出的問題，即電導率低、鋰離子擴散系數小，因此阻礙了材料的大規模應用。針對此缺陷，國內外研究者常采用表面改性或包覆、離子摻雜、減小顆粒尺寸等策略加以改善。然而，這些方法都不能從根本上解決鈦酸鋰的本征離子擴散問題，有些甚至會引發電化學副反應，限制了鈦酸鋰材料固有優勢的發揮。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種具有取向結構的納米片狀鈦酸鋰材料及其制備方法與應用。本發明制備的鈦酸鋰材料為具有取向通道的納米片狀結構，可以有效改善離子遷移的問題，減少鋰離子在遷移過程中的能量消耗，縮短鋰離子的擴散距離，從根本上改善鋰離子遷移的動力學過程，這對于發展高安全、高功率、大電流的鈦酸鋰動力電池具有重要意義。

為實現其目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種具有取向結構的納米片狀鈦酸鋰材料的制備方法，其包括如下步驟：

(1)將鈦源加入反應溶劑中，攪拌均勻后加入烷基氫氧化銨水溶液，經水熱反應得到前驅體A；

(2)向氫氧化鋰溶液中加入步驟(1)得到的前驅體A，經過水熱反應合成前驅體B；

(3)將步驟(2)合成的前驅體B進行煅燒處理，即可獲得具有取向結構的鈦酸鋰納米片。

優選地，所述步驟(1)的反應溶劑選自乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一種。

優選地，所述鈦源為純相液體，所述烷基氫氧化銨水溶液的質量分數為20％～30％，所述鈦源與烷基氫氧化銨水溶液的體積比為1:(3～5)。

優選地，所述步驟(2)中，按前驅體A:氫氧化鋰＝1:(10～15)的質量比添加原料。

優選地，所述氫氧化鋰溶液的濃度為0.8～1.25mol/L。

優選地，所述步驟(1)的水熱反應的溫度為130～150℃，反應時間為12～24h。

優選地，所述步驟(2)的水熱反應的溫度為100～140℃，反應時間為1～3h。