CN105845923A - 一种环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法，其步骤包括前驱液的制备、前驱体的合成、Li4Ti5O12纳米球的制备、Li4Ti5O12纳米球的焙烧；其反应过程中不需要加入任何的模板剂，合成成本低廉，工艺步骤简单易行。

Description

一种环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法。
背景技术
随着社会的不断进步和发展，环保和能源问题越来越受到人们的高度重视，绿色电源的发展为此提供了解决问题的途径。锂离子电池以其电压高、能量密度大、循环寿命长、大电流放电性能好和无污染等优点，在二次电池市场上发展迅速，广泛用于手机、无线电话、摄像机、笔记本电脑等领域。无论是移动电话、手提电脑等用小型锂离子电池，还是电动工具或汽车用大型锂离子电池，锂离子电池的安全问题一直是人们普遍关注的。目前，商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料，但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端：
1、过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能；
2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大；
3、即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂)，并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。
4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。
与目前商品化的碳负极材料相比，尖晶石钛酸锂具有更好的电化学性能和安全性。这种材料具有“零应变”特性，在充放电过程中骨架结构几乎不发生变化，嵌锂电位高，锂离子扩散系数比普通碳电极高一个数量级等优良特性，而且具备了锂离子电池必需的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。可以预见：钛酸锂材料在不久的将来一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域。但钛酸锂也有其不足，如高电位带来电池的低电压，导电性差(固有电导率为10-9S/cm),高倍率充放电时比容量不能很好的发挥出来，大电流放电易产生较大极化等，极大的限制了其商品化应用。因此需要通过改性来改善其导电性，从而提高Li4Ti5O12高倍率性能，同时还要保持其高容量可逆容量和良好的循环稳定性，并且达到低成本的目的。提高Li4Ti5O12高倍率性能的途径主要有以下3个方面：(1)制备纳米粒径Li4Ti5O12，(2)制备多孔结构Li4Ti5O12和(3)提高导电性。Li4Ti5O12颗粒尺小不但增大了与电解液的接触面积，而且缩短了锂离子的迁移路径，Li4Ti5O12的多孔结构也可以增大与电解液的接触面积，此外，多孔Li4Ti5O12容易掺杂或者包覆其他导电性好的材料提高其导电性。现有的Li4Ti5O12的合成技术，通常有固相法，高能球磨法，以及溶胶-凝胶法。但固相法，高能球磨法合成温度高、烧结时间长、能耗大、生产效率低、产物的粒径分布不易控制、均匀性、一致性和重现性较差等缺点，而溶胶-凝胶添加了有机化合物造成成本上升，且工艺复杂，难以控制。
综上所述，发展一种价格低廉，易操作的途径来制备多孔大比较面积的Li4Ti5O12纳米颗粒对Li4Ti5O12的商业化应用具有极大的推进作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种价格低廉、操作简易的环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法。
为了实现以上目的本发明所采用的技术方案是：一种环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，
(1)前驱液的制备
量取多元醇，用高纯氮鼓吹30分钟并搅拌以去除其中的水份，缓慢滴入有机鈦源，在室温条件下搅拌8个小时，获得无色透明的前驱液；
(2)前驱体的合成
取丙酮，在搅拌的条件下将配置好的前驱液快速倒入，待溶液变成透明无色之后，加入去离子水，1小时候得到白色的胶体溶液，并离心分离，用乙醇洗三次，80度烘干得到前驱体；
(3)Li4Ti5O12纳米球的制备
按照前驱体：锂源＝10：1的投料质量比，在搅拌条件下将其分散于水/异丙醇溶液中，将所得的混合物导入反应釜中，升温到180度反应24小时，冷却之后，将所得到的产物离心分离烘干；
(4)Li4Ti5O12纳米球的焙烧
将步骤(3)中获得的Li4Ti5O12纳米球放入烧结炉中，于空气氛围中焙烧，500度焙烧4小时，最后冷却至室温。
优选地，所述步骤(1)中加入的鈦源包括钛酸丁酯和钛酸丙酯。
优选地，所述步骤(1)中加入的多元醇包括乙二醇、二乙二醇和三乙二醇。
优选地，所述步骤(3)中加入的锂源包括氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂。
本发明的有益效果是在其反应过程中不需要加入任何的模板剂，合成成本低廉，工艺步骤简单易行。
附图说明
图1为本发明实施例获得的乙醇钛球TEM图。
图2为本发明实施例获得的Li4Ti5O12的XRD图。
图3为本发明实施例获得的Li4Ti5O12的BET图。
图4为本发明实施例获得的Li4Ti5O12的FESEM图。
图5为本发明实施例获得的Li4Ti5O12的TEM图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细说明。
本实施例中的绿色环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法如下：
量取50ml乙二醇置入100ml玻璃瓶中，用高纯氮鼓吹30分钟并搅拌，以除其中的水，缓慢滴入2ml钛酸丁酯，在室温条件下搅拌8个小时。得到无色透明液体，则前驱液制成。取200ml丙酮倒入500ml玻璃瓶中，在搅拌的条件下将配置好的乙醇钛溶液快速倒入，待溶液变成透明无色之后，加入1.7ml去离子水，1小时候得到白色的胶体溶液，并离心分离，用乙醇洗三次，80度烘干得到乙醇钛球前驱体。
取部分产物做TSEM表征，结果如图1所示，其尺寸大小为300-500nm.
按照乙醇钛球：氢氧化锂＝10：1的投料质量比，在搅拌条件下将其分散于水/异丙醇溶液中，将所得的混合物导入反应釜，升温到180度反应24小时，冷却之后，将所得到的产物离心分离烘干。将上述的产物放入烧结炉中，于空气氛围中焙烧，500度焙烧4小时，最后冷却至室温。
取部分产物做XRD,BET,FESEM,TEM测试，结果如图2至图5所示.说明本方法合成的产物为Li4Ti5O12，颗粒尺寸在300-500nm,并且颗粒为多孔结构，比表面积大约为160m2/g。
本发明的方法中所说的钛源，锂源为现有技术中普遍采用的相应原料，这些原料中钛源可以是钛酸丁酯，钛酸丙酯等钛的醇盐，锂源可以是氢氧化锂，碳酸锂，硝酸理等，多元醇可以是乙二醇，二乙二醇，三乙二醇等。其他普遍采用的钛源，锂源和醇也同样可使用于本发明。
在本实施例中测定用SHIMADU XRD 6000型X射线衍射仪，试验条件为Cu Kα辐射源，管压40Kv,管电流40mA.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM；JSM-6700F)和透射电子显微镜(TEM；JEM-2010,200kV)进行样品形貌分析，产物的比表面积和孔径分布利用Quantachrome NOVA-3000吸附仪，通过液氮温度下的吸附/脱附方法测定。
各实例中所使用的试剂和化学品的规格：
钛酸丁酯：化学纯，含量>97％
乙二醇：化学纯，含量>99％
丙酮：化学纯，含量>99％
氢氧化锂：化学纯，含量>99％
以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种环保环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：
(1)前驱液的制备；
量取多元醇，用高纯氮鼓吹30分钟并搅拌以去除其中的水份，缓慢滴入鈦源，在室温条件下搅拌8个小时，获得无色透明的前驱液；
(2)前驱体的合成；
取丙酮，在搅拌的条件下将配置好的前驱液快速倒入，待溶液变成透明无色之后，加入去离子水，1小时候得到白色的胶体溶液，并离心分离，用乙醇洗三次，80度烘干得到前驱体；
(3)Li4Ti5O12纳米球的制备；
按照前驱体：锂源＝10：1的投料质量比，在搅拌条件下将其分散于水/异丙醇溶液中，将所得的混合物导入反应釜中，升温到180度反应24小时，冷却之后，将所得到的产物离心分离烘干；
(4)Li4Ti5O12纳米球的焙烧；
将步骤(3)中获得的Li4Ti5O12纳米球放入烧结炉中，于空气氛围中焙烧，500度焙烧4小时，最后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种环保环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入的钛源包括钛酸丁酯和钛酸丙酯等有机钛源。
3.根据权利要求1所述的一种环保环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入的多元醇包括乙二醇、二乙二醇和三乙二醇。
4.根据权利要求1所述的一种环保环保多孔钛酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中加入的锂源包括氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102120610A (zh) * 2011-01-24 2011-07-13 中国科学院化学研究所 锂离子电池负极材料及其制备方法与应用
CN103165876A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 新奥科技发展有限公司 一种具备高倍率性能的锂电池材料的制备方法及其用途
CN103779549A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 颗粒均匀分散锂离子电池电极材料纳米钛酸锂的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102120610A (zh) * 2011-01-24 2011-07-13 中国科学院化学研究所 锂离子电池负极材料及其制备方法与应用
CN103165876A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 新奥科技发展有限公司 一种具备高倍率性能的锂电池材料的制备方法及其用途
CN103779549A (zh) * 2012-10-18 2014-05-07 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 颗粒均匀分散锂离子电池电极材料纳米钛酸锂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陶熏: ""水（溶剂）热法制备Li4Ti5O12及其改性研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

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