本发明专利技术涉及钛酸锂‑二氧化钛复合多孔微球负极材料的制备方法。本发明专利技术以有机钛源和常规锂源为前驱体，在混合表面活性剂的水热体系制备出具有特殊形貌的钛酸锂‑二氧化钛复合多孔微球负极材料。通过调节混合表面活性剂的摩尔比、水热合成条件以及焙烧条件，得到了由纳米颗粒组成的具有多级孔洞结构的钛酸锂‑二氧化钛复合微球负极材料，多级孔道结构赋予该材料更好的循环稳定性以及优异的高倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
一种钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料的制备方法
本专利技术属于电池材料
，具体涉及一种钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料的制备方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池被认为是最具有发展潜力的动力电源之一，这就对包括电极材料在内的锂离子电池体系在循环寿命，安全性能，倍率性能和能量密度等方面提出了更高要求。然而，商业化的石墨基负极材料由于其二维的离子扩散通道使得锂离子的扩散系数较低，同时在充放电过程中，锂离子嵌入和脱出会引起石墨材料的膨胀与收缩，体积变化较大，长时间的使用会使得材料的晶体结构发生坍塌，进而因其电池容量降低，除此之外，由于石墨材料在脱嵌锂的过程中电位接近金属锂，导致锂容易在表面沉积形成锂枝晶，引起电池内部短路，带来巨大的安全隐患。相比之下，钛酸锂材料由于具有三维的运输通道，所以锂离子的扩散系数比石墨负极材料高一个数量级，可以实现快充快放，除此之外钛酸锂的尖晶石骨架结构在脱嵌锂的过程中几乎没有体积的膨胀和收缩，具有良好的稳定性，从而保证了钛酸锂材料超长的使用寿命，同时由于钛酸锂具有较高的嵌锂电位，在循环过程中不会产生锂枝晶，所以增强了电池的安全性能。但是钛酸锂本身也存在着电子传导率低的问题，所以需要开发一种改性钛酸锂的合成方法，用以制备特殊形貌的钛酸锂/钛基复合材料以提高负极材料的高倍率性能和循环稳定性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高效、定向调控的方法来制备一种循环稳定性好，高倍率性能优异的钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将有机钛源溶于溶剂中搅拌均匀，加入到混合阴离子-阳离子表面活性剂的溶液中，记为钛溶液，于此同时，将锂源溶于去离子水中搅拌均匀，记为锂溶液，随后将配制的锂溶液，在搅拌下逐滴加入到配制的钛溶液中形成混合溶液；(2)将得到的混合溶液倒入水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，经冷却，倒出、烘干，即得到前驱体粉末；(3)将该前驱体粉末在空气或惰性气体中程序升温焙烧，即得到钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料。优选地，步骤(1)所述有机钛源包括钛酸四丁酯、钛酸异丙酯和醋酸钛中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所述锂源包括氢氧化锂、氯化锂和硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所用阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和仲烷基磺酸钠中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所用阳离子表面活性剂可以是苄基三乙基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)所用溶剂包括乙二醇、异丙醇和丙酮中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(1)中锂源与有机钛源的摩尔比为0.35-0.98。优选地，步骤(1)中去离子水与有机钛源的摩尔比为10.11-12.87。优选地，步骤(1)中溶剂与钛源的摩尔比为30.56-33.88。优选地，步骤(1)中阴离子表面活性剂与钛源的摩尔比为0.03-0.07。优选地，步骤(1)中阳离子表面活性剂与钛源的摩尔比为0.19-0.38。优选地，步骤(2)中混合溶液倒入水热釜中进行热反应，在140-180℃下静置20-50h。优选地，步骤(2)中烘干温度为70-120℃。优选地，步骤(3)中前驱体粉末程序升温焙烧条件为直接在空气或惰性气体中400-800℃之间焙烧3-7h，即得到样品。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术制备的产品可在40C电流密度下首次充放电比容量达到140mAh/g，且循环100圈后容量保持率达93.1％。这与以其它合成路线得到的钛酸锂相比，高倍率性能和循环稳定性能显著提高。附图说明图1为本专利技术具体实施例1得到的钛酸锂-二氧化钛样品的特征X光衍射图(XRD)；图2(a)和图2(b)为本专利技术具体实施例1得到的钛酸锂-二氧化钛样品的特征扫描电子显微镜图(SEM)；图3(a)和图3(b)为本专利技术具体实施例1得到的钛酸锂-二氧化钛样品的特征高分辨电镜图(TEM)；图4为本专利技术具体实施例1得到的钛酸锂-二氧化钛样品在不同充放电倍率下的倍率循环图；图5为本专利技术具体实施例1得到的钛酸锂-二氧化钛样品在40C电流密度下循环100次充放电容量图。具体实施方式为便于理解本专利技术，本专利技术列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。实施例1恒定搅拌速度下，按照摩尔组成1.00TBT:30.56C2H6O2:0.05SDBS:0.38CTAC将一定量的钛酸四正丁酯滴加入乙二醇中，搅拌均匀后再加入一定比例的十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基氯化铵，随后按照摩尔组成1.00TBT:0.98LiOH·H2O:10.11H2O将一水合氢氧化锂溶于去离子水中后，逐滴加入钛酸四正丁酯混合溶液。将所得溶液倒入水热反应釜中进行热反应，在165℃下静置20h后取出冷却。在100℃下烘干过夜，取出后即得到前驱体粉末，将前驱体粉末在空气中800℃焙烧5h后自然冷却，即得到样品。该样品的XRD图、SEM图、TEM照片、倍率循环性能图和样品在40C下循环100次充放电容量图，如图1-5所示。实施例2除将钛酸四丁酯改为醋酸钛，乙二醇改为异丙醇，水热时间改为35h外，制取钛酸锂-二氧化钛前驱体粉末的过程同实施例1，此粉末在氮气中400℃下焙烧7h即可得到钛酸锂-二氧化钛材料。实施例3制取钛酸锂-二氧化钛基本步骤同实施例1，只是将十六烷基三甲基氯化铵换为十六烷基三甲基溴化铵，乙二醇改为丙酮，水热条件改为在140℃下静置50h，同时，混合物料的摩尔组成改为：1.00TBT:33.88C3H6O:0.03SDBS:0.19CTAB。实施例4制取钛酸锂-二氧化钛基本步骤同实施例1，只是将十二烷基苯磺酸钠换为十二烷基硫酸钠，水热反应温度改为180℃，水热反应后物料的烘干温度改为70℃。同时，混合物料的摩尔组成改为：1.00TBT:32.22C2H6O2:0.07SDS:0.28CTAC。实施例5制取钛酸锂-二氧化钛基本步骤同实施例1，只是将十六烷基三甲基氯化铵换为苄基三乙基氯化铵，将锂源改为氯化锂，同时，将水热后物料的烘干温度改为120℃。实施例6制取钛酸锂-二氧化钛基本步骤同实施例1，只是将锂源改为硝酸锂，将钛源，锂源，去离子水的摩尔组成改为：1.00TBT:0.35LiNO3:12.87H2O，同时，将焙烧时的气氛改为在氩气中600℃焙烧3h。实施例7制取钛酸锂-二氧化钛基本步骤同实施例1，只本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将有机钛源溶于溶剂中搅拌均匀，加入到混合阴离子-阳离子表面活性剂的溶液中，记为钛溶液，于此同时，将锂源溶于去离子水中搅拌均匀，记为锂溶液，随后将配制的锂溶液，在搅拌下逐滴加入到配制的钛溶液中形成混合溶液；/n(2)将得到的混合溶液倒入水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，经冷却，倒出、烘干，即得到前驱体粉末；/n(3)将该前驱体粉末在空气或惰性气体中程序升温焙烧，即得到钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料。/n
【技术特征摘要】
20190611 CN 20191050259681.一种钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将有机钛源溶于溶剂中搅拌均匀，加入到混合阴离子-阳离子表面活性剂的溶液中，记为钛溶液，于此同时，将锂源溶于去离子水中搅拌均匀，记为锂溶液，随后将配制的锂溶液，在搅拌下逐滴加入到配制的钛溶液中形成混合溶液；
(2)将得到的混合溶液倒入水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，经冷却，倒出、烘干，即得到前驱体粉末；
(3)将该前驱体粉末在空气或惰性气体中程序升温焙烧，即得到钛酸锂-二氧化钛复合多孔微球负极材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机钛源包括钛酸四丁酯、钛酸异丙酯和醋酸钛中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述锂源包括氢氧化锂、氯化锂和硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所用阴离子表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和仲烷基磺酸钠中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所用阳离子表面活性剂可以是苄基三乙基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，李达，齐涛，曹磊，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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