一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法
【專利摘要】一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，屬于鋰離子電池材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明主要包括以下工藝步驟：先將鈦源與鋰源按照一定的摩爾比例均勻混合放入不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150～210℃，反應(yīng)時間為10～24h，將產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、洗滌、干燥、熱處理，得到Li4Ti5O12材料。然后對Li4Ti5O12材料進(jìn)行碳包覆改性，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下750～1000℃燒結(jié)4～8h，最終得到碳包覆納米鈦酸鋰材料。所述的碳包覆納米鈦酸鋰材料的含碳量為3%～5%。本發(fā)明合成工藝簡單，制備的鈦酸鋰材料顆粒大小為100～200nm用作鋰離子電池負(fù)極材料具有比容量高，倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，為響應(yīng)國家低碳環(huán)保，節(jié)能減排的綠色能源號召，我國已經(jīng)將電動汽車的發(fā)展確定為未來汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向。與此同時，電動汽車的開發(fā)及應(yīng)用對動力電池的安全性、使用壽命、快速充放電性能均提出了更高的要求。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極主要以碳材料為主，電池在大電流充放電過程中，容易在負(fù)極表面形成鋰枝晶，引起電池不可逆容量損失和產(chǎn)生安全隱患。鑒于負(fù)極采用碳材料的鋰離子電池不能滿足電動汽車快速充放電的使用要求，因此迫切需要開發(fā)一種安全可靠、使用壽命長、快速充放電性能好的負(fù)極材料來滿足目前動力電池的使用要求，推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0003]經(jīng)過研究表明，Li4Ti5O12被稱為“零應(yīng)變”材料，電池在充放電的過程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，晶格結(jié)構(gòu)幾乎不會發(fā)生變化，具有優(yōu)異的循環(huán)性能。除此之外，由于Li4Ti5O12的嵌鋰電位是1.55V,電池在充放電過程中，負(fù)極表面不會產(chǎn)生鋰枝晶，提高了電池的安全可靠性。可以說Li4Ti5O12是最具前景的動力電池負(fù)極材料。盡管如此，Li4Ti5O12材料的離子導(dǎo)電率和電子導(dǎo)電率較低，作為高倍率電池負(fù)極材料使用過程中，電池的倍率放電性能較差，因此需要對Li4Ti5O12材料進(jìn)行包覆或摻雜改性，提高材料的倍率放電性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，以便解決現(xiàn)有鈦酸鋰電極材料倍率放電性能差的技術(shù)問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，工藝步驟如下:
(1)將鈦源與鋰源混合均勻，加入到不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150?210°C，反應(yīng)時間為10?24h ；
(2)將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，用去離子水洗滌數(shù)次，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)80?130°C烘干2?4h，再將干燥產(chǎn)物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下400?700°C燒結(jié)2h，得到Li4Ti5O12材料；
(3)將步驟(2)中得到的Li4Ti5O12材料與有機(jī)碳源混合，加入分散劑混合均勻，將混合物放入箱型電阻爐中750?1000°C燒結(jié)3?8h，最終得到碳包覆納米鈦酸鋰材料。
[0006]根據(jù)所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，所述的鈦源選用鈦酸丁酯、四氣化欽、硫Ife欽中的一種。
[0007]根據(jù)所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，所述的鋰源選用氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰中的一種。
[0008]根據(jù)所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，所述的有機(jī)碳源選用葡萄糖、淀粉、蔗糖、聚乙二醇6000、聚乙烯醇中的一種。
[0009]根據(jù)所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，步驟(I)中鋰原子與鈦原子的摩爾比例為3.8?4.3: 5。
[0010]根據(jù)所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，步驟(3)中所述的碳包覆納米鈦酸鋰材料的含碳量為3%?5%。
[0011]本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明的合成工藝簡單，易于控制，產(chǎn)物粒度分布均勻，粒徑大小為100?200nm。
[0012](2)本發(fā)明提供的鈦酸鋰材料表現(xiàn)出較好的倍率放電性能，0.2C、1C、2C、5C放電比容量分別達(dá) 174.5，159.6，157.8，149.7mAh/g。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明Li4Ti5O12材料的SEM圖。
[0014]圖2為本發(fā)明Li4Ti5O12材料的不同倍率充放電曲線圖。

【具體實施方式】
實施例
[0015]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步解釋與說明。
[0016]實施例1
(I)將氫氧化鋰與鈦酸丁酯按照摩爾比例4:5混合均勻，加入到不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)。反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時間為12h。
[0017](2)將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，用去離子水洗滌數(shù)次，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)110°C烘干3h，再將干燥產(chǎn)物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下650°C燒結(jié)2h，得到Li4Ti5O12材料。
[0018](3)按照質(zhì)量比例9:1稱取一定量的Li4Ti5O12與葡萄糖，加入去離子水作為分散齊U，混合之后放入箱型電阻爐中750°C燒結(jié)4h，待電阻爐冷卻后取出料研磨并過篩，最終得到碳包覆納米鈦酸鋰材料。
[0019]將實施例1制備的碳包覆Li4Ti5O12材料、乙炔黑和粘結(jié)劑聚四氟乙烯按照85:18:8質(zhì)量比例混合，加入無水乙醇攪拌均勻后在雙輥軋膜機(jī)上軋成一定厚度的正極膜，以鋰片為負(fù)極材料，電解液為lmol/L LiPF6/碳酸乙烯酯(EC) +碳酸二甲酯(DMC) +碳酸甲乙酯(EMC)，選取單層PE結(jié)構(gòu)作為隔膜材料，在相對濕度〈3%的真空手套箱內(nèi)組裝成型號為CR2430的扣式電池。采用藍(lán)電測試系統(tǒng)對該材料進(jìn)行不同倍率充放電測試，電壓范圍為1.0 ?2.5V。
【權(quán)利要求】
1.一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，其特征在于工藝步驟如下: (1)將鈦源與鋰源混合均勻，加入到不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150?210°C，反應(yīng)時間為10?24h ； (2)將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離，用去離子水洗滌數(shù)次，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)80?130°C烘干2?4h，再將干燥產(chǎn)物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下400?700°C燒結(jié)2h，得到Li4Ti5O12材料； (3)將步驟(2)中得到的Li4Ti5O12材料與有機(jī)碳源混合，加入分散劑混合均勻，將混合物放入箱型電阻爐中750?1000°C燒結(jié)3?8h，最終得到碳包覆納米鈦酸鋰材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，其特征在于:所述的鈦源選用鈦酸丁酯、四氯化鈦、硫酸鈦中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，其特征在于:所述的鋰源選用氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，其特征在于:所述的有機(jī)碳源選用葡萄糖、淀粉、蔗糖、聚乙二醇6000、聚乙烯醇中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，其特征在于:步驟Cl)中鋰原子與鈦原子的摩爾比例為3.8?4.3: 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種納米鈦酸鋰材料的水熱合成方法，其特征在于:步驟(3)所述的碳包覆納米鈦酸鋰材料的含碳量為3%?5%。
【文檔編號】H01M4/1397GK104300120SQ201410471217
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】關(guān)成善, 宗繼月, 李濤, 劉艷輝, 梅慶虎 申請人:山東精工電子科技有限公司