CN109004196A - 一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法 - Google Patents

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薛冰
王凯
李清琳
孙健铭
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Abstract

本发明公开了一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法，具有如下步骤：棉花纤维在乙醇中浸泡1h后干燥，得到浸泡后的棉花纤维；按照Li和Ti的物质的量之比4～5：5的比例称取锂源和钛源，并和分散剂混合放入球磨罐中，称取浸泡后的棉花纤维加入的球磨罐中，球磨罐装入球磨机，以400～600r/min球磨1～6h；将球磨后得到的液体置于干燥箱中，120℃干燥12h；将干燥后得到的粉末集于玛瑙研钵中，研磨均匀，得到的钛酸锂前驱体置于管式炉中，在600～900℃空气气氛下热处理4～8h后得到棉花包覆钛酸锂负极材料。棉花碳源的加入，能够有效的抑制钛酸锂颗粒的生长，使晶粒与电解质更充分的接触，提高电极的电化学性能。

Description

一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法。
背景技术
随着全球气候变暖和石油资源紧缺等问题的日益显现，寻求和发展可持续的新能源成为科学研究者们需要迫切攻破的难题。太阳能、风能、海浪能、水利能、地热能、化学能等新型能源，受到人们的广泛关注。因此，在最近的十年里，开发大容量能源存储设备得到了前所未有的重视和发展。锂离子电池具有安全优异的电化学性能和超高的质量比容量，因而可以满足当今迫切的能量存储需求，成为最受瞩目的解决能源问题的有效办法之一。然而，为了更好地满足高能量存储设备的需要，锂离子电池的高倍率性能和能量密度需要进一步得以改进和提高，这迫使科学研究者们开发锂离子电池的新型正极材料和负极材料。未来的车辆、飞机等大型的能量消耗设备，不仅需要优越的安全性能，也需要供电装置在充放电过程中有良好的倍率性能，这也成为新型锂离子电极材料的开发方向。
尖晶石结构的钛酸锂材料，是一种“零体积应变”材料，具备超长的循环寿命；它较高的充放电平台有效避免了电池短路的安全隐患，极大地提高电池的安全性，在锂离子动力电池中具有巨大的发展潜力。然而由于其本征电子电导率低、理论容量小、在搁置和使用过程中存在严重的胀气行为等缺点，极大地限制了它的规模化应用。
目前碳包覆改性钛酸锂材料的方法复杂且价格高，很难实现产业化。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法。本发明首次提出利用生物质棉花作为模板和碳源来改性钛酸锂，方法简单、且成本低。本发明采用的技术手段如下：
一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法，具有如下步骤：
棉花纤维在乙醇中浸泡1h后干燥，得到浸泡后的棉花纤维；
按照Li和Ti的物质的量之比4～5：5的比例称取锂源和钛源，并和分散剂混合，得到的混合物放入球磨罐中，并称取浸泡后的棉花纤维加入的球磨罐中，球磨罐装入球磨机，以400～600r/min的转速，球磨1～6h；
将球磨后得到的液体置于干燥箱中，120℃干燥12h；
将干燥后得到的粉末集于玛瑙研钵中，研磨均匀，得到钛酸锂前驱体；
将钛酸锂前驱体置于管式炉中，在600～900℃，空气气氛下，热处理4～8h后得到棉花包覆钛酸锂负极材料。
所述锂源为碳酸锂、醋酸锂或氢氧化锂；所述钛源为二氧化钛。
所述分散剂为乙醇。
称取浸泡后的棉花纤维的质量为所述混合物质量的5％-20％。
本发明具有以下优点：
1、通过本发明的到的棉花包覆钛酸锂负极材料在100mAhg-1(即0.57C)时其首次充电比容量为183.3mAhg-1，比未包覆的钛酸锂150.0mAhg-1的初始容量提高了22.2％，同时棉花包覆钛酸锂负极材料经过100次循环，容量保持在152.9mAhg-1，比未包覆的钛酸锂的初始容量还要高，在10C倍率下仍然具有很好的电压平台，比容量保持在92.8mAhg-1；
2、本发明中棉花碳源的加入，能够有效的抑制钛酸锂颗粒的生长，较小的尺寸将使晶粒与电解质更充分的接触，从而提高电极的电化学性能。
基于上述理由本发明可在负极材料的制备等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中未包覆的钛酸锂的SEM图。
图2是本发明的具体实施方式中棉花包覆钛酸锂负极材料的SEM图。
图3是本发明的具体实施方式中未包覆的钛酸锂和棉花包覆钛酸锂负极材料的循环稳定性曲线对比图。
图4是本发明的具体实施方式中未包覆的钛酸锂和棉花包覆钛酸锂负极材料的倍率性能对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图4所示，一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法，其特征在于具有如下步骤：
棉花纤维在乙醇中浸泡1h后干燥，得到浸泡后的棉花纤维；
按照Li和Ti的物质的量之比4～5：5的比例称取锂源和钛源，并和分散剂混合，得到的混合物放入球磨罐中，并称取浸泡后的棉花纤维加入的球磨罐中，球磨罐装入球磨机，以400～600r/min的转速，球磨1～6h；
将球磨后得到的液体置于干燥箱中，120℃干燥12h；
将干燥后得到的粉末集于玛瑙研钵中，研磨均匀，得到钛酸锂前驱体；
将钛酸锂前驱体置于管式炉中，在600～900℃，空气气氛下，热处理4～8h后得到棉花包覆钛酸锂负极材料。
所述锂源为碳酸锂、醋酸锂或氢氧化锂；
所述钛源为二氧化钛。
所述分散剂为乙醇。
称取浸泡后的棉花纤维的质量为所述混合物质量的5％-20％。
所述棉花包覆钛酸锂负极材料在100mAhg-1(即0.57C)时其首次充电比容量为183.3mAhg-1，比未包覆的钛酸锂150.0mAhg-1的初始容量提高了22.2％，同时棉花包覆钛酸锂负极材料经过100次循环，容量保持在152.9mAhg-1，比未包覆的钛酸锂的初始容量还要高，在10C倍率下仍然具有很好的电压平台，比容量保持在92.8mAhg-1。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种棉花包覆钛酸锂负极材料的制备方法，其特征在于具有如下步骤：
棉花纤维在乙醇中浸泡1h后干燥，得到浸泡后的棉花纤维；
按照Li和Ti的物质的量之比4～5：5的比例称取锂源和钛源，并和分散剂混合，得到的混合物放入球磨罐中，并称取浸泡后的棉花纤维加入的球磨罐中，球磨罐装入球磨机，以400～600r/min的转速，球磨1～6h；
将球磨后得到的液体置于干燥箱中，120℃干燥12h；
将干燥后得到的粉末集于玛瑙研钵中，研磨均匀，得到钛酸锂前驱体；
将钛酸锂前驱体置于管式炉中，在600～900℃，空气气氛下，热处理4～8h后得到棉花包覆钛酸锂负极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述锂源为碳酸锂、醋酸锂或氢氧化锂；
所述钛源为二氧化钛。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分散剂为乙醇。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：称取浸泡后的棉花纤维的质量为所述混合物质量的5％-20％。
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