一种磷酸钛锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种磷酸钛锂正极材料的制备方法。包括如下步骤，取一定量的钛源加入到乙醇与去离子水的混合液中，水浴控温40

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钛锂正极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种关于磷酸钛锂正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济科技发展，人类对能源的需求大大增加。传统的化石燃料由于储量和环境安全问题，致使人类迫切需要找到新型的、绿色环保、高效储能材料。锂离子电池因其具有绿色环保、重量轻、体积小、储能量高等优点被人们广泛接纳研究。
[0003]正极材料因其在锂离子电池中的重要地位，其好坏决定了整个电池性能的优劣。传统的锂离子电池正极材料有LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、三元材料、富锂材料、LiFePO4及Li(FeMn)PO4等。但是随着快速充电技术的发展，已知的正极材料已经无法满足发展需求，所以迫切需要新型的正极材料来解决这个问题。
[0004]作为新型的正极材料，LiTi2(PO4)3由于P
‑
O强共价键的存在，使得其在Li
+
脱嵌过程中具有良好的稳定性。在充放电过程中，磷酸钛锂正极材料存在一个LiTi2(PO4)3转变为Li3Ti2(PO4)3的过程，可以额外容纳2个Li
+
。同时，两相转变过程中由于只是Li
+
不同位点的重新排序，并没有引起晶格结构改变，因此也表现出较长的循环寿命和较高的安全性能。此外，由于LiTi2(PO4)3的两个TiO6八面体和三个PO4四面体通过共用顶点的氧原子连接，形成了三维刚性骨架，从而表现出了优越的离子电导率。
[0005]常见的磷酸钛锂制备方法有高温固相法、溶胶
‑
凝胶法、共沉淀法等。Liu等人利用高温固相法。以Li2CO3、TiO2、NH4H2PO4为原料，混合后在空气下经1000℃煅烧45h制备LiTi2(PO4)3正极材料。在0.2C电流密度下，初始放电容量仅为103.9mAh
·
g
‑1(Journal of Power Sources,2009,189(1):706
‑
710)。Zhou等人利用溶胶
‑
凝胶法制备前驱体，以酚醛树脂和氧化石墨烯作为碳源经750℃在95：5的氩氢混合气氛下烧结5h制得LiTi2(PO4)3正极材料。在0.2C下首次放电容量仅为107.6mAh
·
g
‑1(Ceramics International,2017,43(1):99
‑
105)。Sun等人利用水热法，所制得的前驱体经800℃煅烧得到LiTi2(PO4)3正极材料。0.2C下首次放电容量为121mAh
·
g
‑1，1C下放电容量仅为114mAh
·
g
‑1(Chemical Communications,2017,53(62):8703
‑
8706)。
[0006]传统的制备工艺存在工艺条件苛刻、所制得的正极材料粒径大小不易控、电化学性能较差等不足，难以满足现代工业生产需求。因此，专利CN111952563A介绍了一种制备碳包覆磷酸钛锂负极材料制备方法。以Ti(OC4H9)4、Li2CO3、NH4H2PO4和C6H8O7为原料，采用溶胶
‑
凝胶法先制备出干凝胶前驱体，再向其中加入β
‑
环糊精后烧结制得产品。以此方法制备出的产物分布均匀且颗粒细小，在充放电循环测试中最大容量可达到130m Ah
·
g
‑1，但经50次循环后保持率仅为92.3％。专利CN107068988B介绍了一种关于球形介孔磷酸钛锂负极材料的制备方法。以钛酸酯、锂源、磷源和碳源化合物为原料，以尿素为沉淀剂，通过均匀沉淀法合成磷酸钛锂。所制备的磷酸钛锂粒度分布均匀，具有明显的介孔特征和较大的比表面积，首次充放电比容量达130mAh
·
g
‑1,100次循环后比容量保持率达97.4％。但该方法在原料混
合过程中需要持续加热，增加了功耗。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，公开了一种关于磷酸钛锂正极材料的制备方法，既能保证其具有良好的电化学稳定性，同时兼顾节省能耗、安全、质量稳定，物性均匀。
[0008]本专利为解决现有技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0009]一种磷酸钛锂正极材料的制备方法，包括如下步骤，
[0010]S1、取一定量的钛源加入到乙醇与去离子水的混合液中，水浴控温40
‑
80℃，搅拌20
‑
30min至混合液呈现乳白色；加入锂源和磷源，继续搅拌5
‑
20min；
[0011]S2、将浆料放入超声机中进行超声分散处理；
[0012]S3、将处理后的浆料通过喷雾干燥机进行雾化喷出，同时沿喷头的切向送入干燥的气流，所述气流方向与溶液喷出方向同向；
[0013]S4、将前驱体收集并称取重量，随后称取一定量的碳源进行混合后置于连续式烧结炉中烧结；在烧结前预通保护气0.5h，确保无氧环境；将烧结完成的正极材料经自然冷却至25℃后进行粉碎研磨过筛，形成最终产品。
[0014]进一步，所述钛源、锂源与磷源的质量比为100：(3.5～5)：(51～60)。
[0015]进一步，所述碳源占前驱体质量的8％
‑
10％。
[0016]进一步，本专利技术所有原料均选用可溶性盐制备水系磷酸钛锂正极材料，从而降低在合成中的能耗；所述钛源选用钛酸四丁酯，磷源选用磷酸二氢铵，锂源选用氢氧化锂，碳源选用葡萄糖。
[0017]进一步，S1中去离子水：乙醇的体积比为1：(1.5～3)。
[0018]进一步，S1中搅拌桨的转速为600
‑
800r
·
min
‑1。
[0019]进一步，S2中超声机的频率为60kHz，超声时间10
‑
15min。
[0020]进一步，S3中喷雾干燥机进风温度控制在200
‑
300℃，出风温度控制在80
‑
100℃。
[0021]进一步，S4中前驱体在氮气保护下600
‑
800℃高温烧结7
‑
10h。
[0022]更进一步，S4中粉碎研磨后所选用的筛网为325目。
[0023]本专利具有的优点和积极效果是：
[0024]1、本专利技术选用可溶性盐和有机物作为原料合成前驱体，省去研磨过程，从而降低能耗；
[0025]2、利用水浴加热法制备前驱体浆料，浆料分散性好，缩短反应时间；
[0026]3、利用超声机进一步提高浆料的分散性；利用喷雾干燥法制得的前驱体粒径较小且均匀；
[0027]采用连续式烧结炉可实现连续作业，自动化程度高，适宜大批量生产。
[0028]4、既能保证其具有良好的电化学稳定性，同时兼顾节省本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钛锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、取一定量的钛源加入到乙醇与去离子水的混合液中，水浴控温40
‑
80℃，搅拌20
‑
30min至混合液呈现乳白色；加入锂源和磷源，继续搅拌5
‑
20min；S2、将浆料放入超声机中进行超声分散处理；S3、将处理后的浆料通过喷雾干燥机进行雾化喷出，同时沿喷头的切向送入干燥的气流，所述气流方向与溶液喷出方向同向；S4、将前驱体收集并称取重量，随后称取一定量的碳源进行混合后置于连续式烧结炉中烧结；在烧结前预通保护气0.5h，确保无氧环境；将烧结完成的正极材料经自然冷却至25℃后进行粉碎研磨，形成最终产品。2.如权利要求1所述的磷酸钛锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述钛源、锂源与磷源的质量比为100：(3.5～5)：(51～60)。3.如权利要求1所述的磷酸钛锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述碳源占前驱体质量的8％
‑
10％。4.如权利要求1所述的磷酸钛锂正极材料的制备方法，其特征在于：本发明所有原料均选用可溶性盐；所述钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑永，
申请(专利权)人：深圳市鹏冠新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：