CN104393273A - 一种钛酸锂负极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛酸锂负极材料的制备方法,具体制备步骤如下:(1)制备有机分子溶液,搅拌待用,然后按照Li:Ti摩尔比为(0.80—0.85):1称取有机锂源与钛源,分别加入到待用的有机分子溶液中,得含钛溶液和含锂溶液;将含钛溶液和含锂溶液同时加入到有底液的反应釜中,搅拌得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在真空干燥箱中干燥,得钛酸锂前驱体;将此前驱体压成0.5-1薄片于马弗炉中煅烧后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池材料技术领域,尤其涉及一种钛酸锂负极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作,是现代高性能电池的代表,其相对于传统的二次电池,锂离子电池能量密度大,平均输出电压高;自放电小,没有记忆效应;工作温度范围宽(-20℃~60℃);循环性能优越、可快速充放电、输出功率大;不含有毒有害物质。因此,近年来受到市场热烈追捧,已成为移动通讯工具、笔记本电脑、数码相机等便携式工具的理想电源,也是未来电动汽车用轻型高能动力电池的首选电源。
目前商业化锂离子电池负极材料主要是石墨化碳材料,但由于石墨本身结构特性(微观结构大都为层状)的制约,表现为不能完全脱出锂,加上与电解液反应形成SEI膜,导致材料的首次充放电效率低。另外其比容量已经达到极限,不能满足大型动力电池所需求的持续大电流放电能力,因此石墨负极材料的发展处于瓶颈时期,业界开始把目光投向非石墨材料,比如钛酸锂、氧化锡和硅碳合金等。
相对于石墨化碳材料,钛酸锂负极材料有很多优点,锂离子在钛酸锂晶格中嵌入、脱出两相过程的动力学是高度可逆的,嵌锂电位大约在1.5-1.6v之间。钛酸锂具尖晶石结构,在充放电循环过程中,晶胞体积变化很小,大约在0.1%到0.3%之间,所以钛酸锂被称为“零应变”材料,具有良好的稳定性。此外,锂离子在钛酸锂晶体结构中的扩散系数很大,是在碳负极材料中扩散系数的十余倍,所以克服了石墨电极充电慢的特点,可实现快速充电。
常见的钛酸锂的制备方法主要有固相法、溶胶—凝胶法、共沉淀法等。固相法工艺相对简单,但存在固有的缺点,如反应不完全,产物形貌较难控制,粒度分布范围广。溶胶—凝胶法工序较为复杂,制备过程中容易发生团聚,且所需温度较高,同时有机物在烧结过程中会产生大量的二氧化碳气体。共沉淀法容易形成杂相较多的材料,在制备过程中从共沉淀、晶粒长大到漂洗、干燥、煅烧的每一阶段均可能导致颗粒长大及团聚体的形成。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛酸锂负极材料的制备方法,具有成本低廉、工艺简单的特点,同时所得材料粒度均一,振实密度较高,是一种高效的合成方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:(1)制备有机分子溶液,搅拌1-1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为(0.80—0.85):1称取有机锂源与钛源,分别加入到待用的有机分子溶液中,得含钛溶液和含锂溶液;将含钛溶液和含锂溶液同时加入到有底液的反应釜中,在20-90℃下搅拌210-600min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在80-120℃真空干燥箱中干燥6-12h,得钛酸锂前驱体;将此前驱体压成0.5-1.5mm厚的薄片于800-1000℃的马弗炉中煅烧8-12h后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
此方法中,其中步骤(1)中有机分子溶液为聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液;
此方法中,其中步骤(1)中底液为蒸馏水、去离子水或高纯水中的一种或两种,底液温度为20-90℃,搅拌时间为210-480min,转速为40-180r/min,反应釜为玻璃反应釜或具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜;
此方法中,其中步骤(2)中干燥沉淀物时采用真空干燥,干燥温度和干燥时间分别为80-120℃,6-12h;压片厚度为0.5-1.5mm,且煅烧时于惰性气体保护氛围下煅烧,煅烧温度为800-1000℃,升温速率为6-10℃/min,煅烧时间为8-12h;
此方法中,其中步骤(2)中煅烧后所得产物利用气粉机粉碎到D50在2-2.5μm;
此方法中,具体制备步骤如下:(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为0.82:1称取醋酸锂83.66g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的玻璃反应釜中,在40℃下搅拌600min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在90℃真空干燥箱中干燥8h,得钛酸锂前驱体,将此前驱体压成0.5mm厚的薄片于850℃的马弗炉中煅烧12h后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
此方法中,具体制备步骤如下:
(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为0.85:1称取醋酸锂86.72g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在60℃下搅拌420min得含有絮状沉淀的前驱液。
(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在110℃真空干燥箱中干燥6h,得钛酸锂前驱体,将此前驱体压成0.8mm厚的薄片于950℃的马弗炉中煅烧10.5h,后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
此方法中,具体制备步骤如下:
(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为0.80:1称取醋酸锂81.62g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在85℃下搅拌320min得含有絮状沉淀的前驱液;
(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在120℃真空干燥箱中干燥5h,得钛酸锂前驱体;将此前驱体压成1.5mm厚的薄片于950℃的马弗炉中煅烧9.5h,后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
本发明的优点效果在于:(1)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)具有良好的分散性、络合性及优异的表面活性,在反应过程中可以很好的稳定反应体系,使产物分布均匀,避免了团聚的发生;另外PVP中有连接基团存在,更易聚集形成胶团,利于絮状沉淀的形成;(2)本发明加入了有机胶联剂,同时在反应釜底部以水为底液,生成絮状沉淀而非胶状体,改变了前驱体的处理方式,易于实现工业化;(3)本发明利用压片、气粉的方式,所得材料振实密度高,粒度分布均匀,更利于下游产业的使用。
附图说明
图1为实施例1—3制备的钛酸锂负极材料的X—射线衍射图,图1说明实施例1、2、3所得产物经过X—射线衍射分析,为尖晶石结构的钛酸锂;
图2 为实施例1制备的钛酸锂的SEM图,从图中可以看出,所有钛酸锂均呈现颗粒状,颗粒分布比较均匀;
图3为实施例2制备的钛酸锂粉末封装成实验电池后,进行充放电容量测试的图;
图4为实施例3所制备的钛酸锂材料的循环性能曲线,可以看到制备的钛酸锂在1C下300次循环后容量仍能高于97%,表明材料的循环性能很好。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明:
本发明如图1、2、3、4所示,一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:(1)制备有机分子溶液,搅拌1-1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为(0.80—0.85):1称取有机锂源与钛源,分别加入到待用的有机分子溶液中,得含钛溶液和含锂溶液;将含钛溶液和含锂溶液同时加入到有底液的反应釜中,在20-90℃下搅拌210-600min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在80-120℃真空干燥箱中干燥6-12h,得钛酸锂前驱体;将此前驱体压成0.5-1.5mm厚的薄片于800-1000℃的马弗炉中煅烧8-12h后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
在本实施例中,其中步骤(1)中有机分子溶液为聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液。在本实施例中,其中步骤(1)中底液为蒸馏水、去离子水或高纯水中的一种或两种,底液温度为20-90℃,搅拌时间为210-480min,转速为40-180r/min,反应釜为玻璃反应釜或具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜。在本实施例中,其中步骤(2)中干燥沉淀物时采用真空干燥,干燥温度和干燥时间分别为80-120℃,6-12h;压片厚度为0.5-1.5mm,且煅烧时于惰性气体保护氛围下煅烧,煅烧温度为800-1000℃,升温速率为6-10℃/min,煅烧时间为8-12h。在本实施例中,其中步骤(2)中煅烧后所得产物利用气粉机粉碎到D50在2-2.5μm。
实施例1:(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用(同时制备2份)。然后按照Li:Ti摩尔比为0.82:1称取醋酸锂83.66g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的PVP乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的玻璃反应釜中,在40℃下搅拌600min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在90℃真空干燥箱中干燥8h,得钛酸锂前驱体。将此前驱体压成0.5mm厚的薄片于850℃的马弗炉(通入氮气)中煅烧12h,后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
实施例2:(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用(同时制备2份)。然后按照Li:Ti摩尔比为0.85:1称取醋酸锂86.72g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的PVP乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在60℃下搅拌420min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在110℃真空干燥箱中干燥6h,得钛酸锂前驱体。将此前驱体压成0.8mm厚的薄片于950℃的马弗炉(通入氮气)中煅烧10.5h,后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
实施例3:(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用(同时制备2份),然后按照Li:Ti摩尔比为0.80:1称取醋酸锂81.62g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的PVP乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在85℃下搅拌320min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在120℃真空干燥箱中干燥5h,得钛酸锂前驱体。将此前驱体压成1.5mm厚的薄片于1050℃的马弗炉(通入氮气)中煅烧9.5h,后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
Claims (8)
1.一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:(1)制备有机分子溶液,搅拌1-1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为(0.80—0.85):1称取有机锂源与钛源,分别加入到待用的有机分子溶液中,得含钛溶液和含锂溶液;将含钛溶液和含锂溶液同时加入到有底液的反应釜中,在20-90℃下搅拌210-600min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在80-120℃真空干燥箱中干燥6-12h,得钛酸锂前驱体;将此前驱体压成0.5-1.5mm厚的薄片于800-1000℃的马弗炉中煅烧8-12h后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤(1)中有机分子溶液为聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液。
3.根据权利要求2中所述的一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤(1)中底液为蒸馏水、去离子水或高纯水中的一种或两种,底液温度为20-90℃,搅拌时间为210-480min,转速为40-180r/min,反应釜为玻璃反应釜或具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜。
4.根据权利要求2中所述的一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤(2)中干燥沉淀物时采用真空干燥,干燥温度和干燥时间分别为80-120℃,6-12h;压片厚度为0.5-1.5mm,且煅烧时于惰性气体保护氛围下煅烧,煅烧温度为800-1000℃,升温速率为6-10℃/min,煅烧时间为8-12h。
5.根据权利要求1中所述的一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:其中步骤(2)中煅烧后所得产物利用气粉机粉碎到D50在2-2.5μm。
6.根据权利要求1中所述的一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为0.82:1称取醋酸锂83.66g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的玻璃反应釜中,在40℃下搅拌600min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在90℃真空干燥箱中干燥8h,得钛酸锂前驱体,将此前驱体压成0.5mm厚的薄片于850℃的马弗炉中煅烧12h后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
7.根据权利要求1中所述的一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为0.85:1称取醋酸锂86.72g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在60℃下搅拌420min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在110℃真空干燥箱中干燥6h,得钛酸锂前驱体,将此前驱体压成0.8mm厚的薄片于950℃的马弗炉中煅烧10.5h,后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
8.根据权利要求1中所述的一种钛酸锂负极材料的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:(1)称取0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶于35ml乙醇中,搅拌1.5h待用,然后按照Li:Ti摩尔比为0.80:1称取醋酸锂81.62g和钛酸四丁酯340.32g,分别加入到前面制备好的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液中,然后将两溶液同时加入到以60ml蒸馏水为底液的具聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,在85℃下搅拌320min得含有絮状沉淀的前驱液;(2)待前驱液冷却至室温后,采用压滤方式分离出沉淀物,分别用乙醇和蒸馏水进行洗涤,将沉淀物在120℃真空干燥箱中干燥5h,得钛酸锂前驱体;将此前驱体压成1.5mm厚的薄片于950℃的马弗炉中煅烧9.5h,后随炉体降温至室温后进行气粉并过300目筛得钛酸锂负极材料。
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150304 |
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