本发明专利技术涉及一种用于锂离子电池负极材料尖晶石钛酸锂的制备方法。本发明专利技术主要针对高温固相合成Ｌｉ↓［４］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１２］负极材料过程中温度高，时间长，能耗高的缺点和溶胶－凝胶合成过程中工艺复杂成本较高的缺点，提供了一种采用低温离子扩散反应制备Ｌｉ↓［４］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１２］材料的方法。本发明专利技术主要技术方案：将二氧化钛或偏钛酸均匀分散于浓度为１～２０ｍｏｌ／Ｌ的ＬｉＯＨ水溶液中，其中锂、钛物质的量比为Ｌｉ∶Ｔｉ＝（１０～１００）∶１，在均匀搅拌的条件下升温至６０～１５０℃，反应６～７２小时；将所得产物水洗至ｐＨ＝７～８，过滤，干燥得锂钛氧前躯体；将制备好的前躯体在５００～８００℃焙烧３～１２小时得最终产物Ｌｉ↓［４］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１２］。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，尤其是指一种。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、安全无污染等特点，目前广泛应用于便携式通讯设备、航空航天、空间军事、储能设施等领域。目前，便携式电子设备、EV(电动汽车)、HEV(混合电动汽车)以及空间技术的迅猛发展，对二次电池在比容量、循环寿命、安全性等方面提出了更高的要求。改进和提高电池的电化学性能可从电极材料、电解质等多方面入手。目前商业化锂离子电池的负极材料是碳素材料，由于插锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，而且，大多数的电解液在此电位下不稳定，并且电解质易在电极表面分解。当电池过充时，碳电极表面易析出非常活泼的金属锂，它与电解液反应产生可燃气体混合物。在极限情况下，过量的锂化碳阳极会着火而产生爆炸，因而给电池、特别是动力电池造成很大的安全隐患。同时，石墨电极还存在电解液的共插入问题，这也将影响电极的循环稳定性。此时，寻找比碳负极稍正的电位下嵌入锂、廉价易得、安全可靠的新型负极材料是必要和迫切的。其中低电位过渡金属氧化物及复合氧化物作为锂离子电池的负极材料引起了人们的广泛注意，Li4Ti5012是其中广受关注的材料之一。新型负极材料Li4Ti5012电极的理论比容量为175mAh/g，相对于锂的电压平台为1.5V，高于大多数电解质的还原电压，所以LiJiA2用作锂离子电池负极材料具有非常好的安全性能。与LiMri204或者LiCo02电极组成电池可以提供2.5V左右的电压，是镍镉或者镍氢电池的2倍。另外，锂嵌入和脱嵌时，LiJiA2的晶胞参数和体积变化很小，是一种零应变材料，所以，LiJiA2具有优越的循环性能，充放电效率几乎是100%。因而Li4TiA2是一种安全性高、循环性能优良的锂离子电池负极材料。目前钛酸锂的合成方法大多采用高温固相法和溶胶-凝胶法。钛酸锂的高温固相合成工艺与其他金属复合氧化物相似，通常以Ti02和LiOH.H20 (或LiC03)为原料，通过高温(800 — 1000。C)、长时间的热处理形成产物。高温固相法操作简单，易于推向工业化。但缺点也是显而易见的，如能耗高，产物颗粒尺寸大等。溶胶-凝胶法由于具有合成温度低，颗粒尺寸小，均一性好，比表面积大等优点而逐渐被广泛采用。但溶胶-凝胶法需要用昂贵的有机醇盐作为前驱体，而且工艺复杂，因此难以实现大规模工业生产来满足能源领域的大量需求。
技术实现思路
本专利技术主要针对高温固相合成Li4Ti5012负极材料过程中温度高、时间长、能耗高的缺点和溶胶-凝胶合成过程中工艺复杂成本较高的缺点，提供了一种采用低温离子扩散反应制备Li4TiA2材料的方法。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本专利技术如下A、前躯体的制备将二氧化钛或偏钛酸均匀分散于浓度为1 20mol/L的LiOH水溶液中，其中锂、钛物质的量比为Li : Ti=(10 100) : 1，在均匀搅拌的条件下升温至60 150。C，反应6 72小时；将所得产物水洗至p^7 8，过滤，干燥得锂钛氧前躯体。B、最终产物的制备将制备好的前躯体在500 800'C焙烧3 12小时得最终产物Li4Ti5012。上述，作为优选，所述的均匀搅拌的条件下升温至S0 120'C。上述，作为优选，其特征在于，所述的均匀搅拌的条件下反应时间为12 24小时。上述，作为优选，其特征在于，所述的焙烧是在600 70(TC焙烧。上述，作为优选，其特征在于，所述的焙烧时间为3 6小时。本专利技术有以下优点1、 本专利技术用二氧化钛或偏钛酸为原料制备比表面积较大的尖晶石钛酸锂，制备工艺简单易行，原料廉价易得、来源广泛，产率高。2、 原料在加热过程中通过液相离子扩散，能够实现均匀混合，因而不需要象传统固相反应那样对原料或中间体反复研磨，可实现材料的快速制备。3、 材料的制备过程简单，产物形貌规则，粒径均匀可控，容易实现大规模生产。4、 本专利技术制备的尖晶石钛酸锂作为电化学储能材料表现了优异的电化学性能，在新型锂离子电池中有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术制备的Li4Ti5012电子显微镜视图；图2为本专利技术制备的前躯体锂钛氧的X射线衍射图3为本专利技术制备的LiJiA2的X射线衍射图；图4为本专利技术制备的Li4Ti5012W 1C循环性能图。具体实施例方式下面通过实施例，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例1:称取5g的Ti02粉末，在匀速搅拌的条件下逐渐加入300ml浓度1Omol/L的LiOH水溶液中，待分散均匀后逐渐升温至15(TC，在匀速搅拌条件下恒温反应24h。然后停止加热，自然冷却降温至室温。取出样品过滤，反复水洗至pH=7.5，干燥得锂钛氧前躯体粉末。将制备的前躯体粉末在70(TC下焙烧6h即得产物"4115012。实施例2:称取5g的偏钛酸粉末，在匀速搅拌的条件下逐渐加入300ml浓度10mol/L的LiOH水溶液中，待分散均匀后逐渐升温至120°C，在匀速搅拌条件下恒温反应12h。然后停止加热，自然冷却降温至室温。取出样品过滤，反复水洗至pH=7.5，干燥得锂钛氧前躯体粉末。将制备的前躯体粉末在70(TC下焙烧6h即得产物Li4Ti5012。实施例3:称取10g的偏钛酸粉末，在匀速搅拌的条件下逐渐加入300ml浓度5mol/L的LiOH水溶液中，待分散均匀后逐渐升温至80°C,在匀速搅拌条件下恒温反应24h。然后停止加热，自然冷却降温至室温。取出样品过滤，反复水洗至pH=7.5，干燥得锂钛氧前躯体粉末。将制备的前躯体粉末在70(TC下焙烧3h即得产物Li4Ti5012。比较例1 4:将实施例1 3产物作为锂离子电池负极，制成相同规格的锂离子电池。将高温固相法制得的产物作为锂离子电池负极，制成相同规格的锂离子电池。将上述4个锂离子电池进行1C循环20次放电比容量(mAh/g)试验，结果见表l。表1本专利技术方法与高温固相法对比表<table>table see original document page 7</column></row><table>实施例4 5:根据实施例1的方法，以表2所示的参数制作Li4Ti5012。其余数值与方式与实施例l相同。实施例6:根据实施例2的方法，以表2所示的参数制作Li4Ti5012。其余数值与方式与实施例2相同。实施例7:根据实施例3的方法，以表2所示的参数制作Li4Ti5012。其余数值与方式与实施例3相同。表2实施例4 7参数表对比项目实施例4实施例5实施例6实施例7是否需要研磨否否否否反应温度rc)150。C100°C9(TC60°C烧结温度rc)800 。C700 。C600 。C500 °C反应时间(小时)6h18h36h72h烧结时间(小时)4h8h5h12hD10 (Wn)1. 231.080. 860. 93D50 (Mm)2.311.491.251. 16D90 (Mm)4. 052.331.982. 071C循环20次放电 比容量(mAh/g)159.4161. 7164. 3163.9本专利技术中所描述的具体实施例仅仅是对本专利技术精神作举例说明。本专利技术所属
的技术人员可以对所描述的具体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于锂离子电池负极材料尖晶石钛酸锂的制备方法，所述的尖晶石钛酸锂的化学式为Ｌｉ↓［４］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１２］，制备方法的步骤包括： Ａ、前躯体的制备：将二氧化钛或偏钛酸均匀分散于浓度为１～２０ｍｏｌ／Ｌ的ＬｉＯＨ水溶液中，其中锂 、钛物质的量比为Ｌｉ∶Ｔｉ＝（１０～１００）∶１，在均匀搅拌的条件下升温至６０～１５０℃，反应６～７２小时；将所得产物水洗至ｐＨ＝７～８，过滤，干燥得锂钛氧前躯体； Ｂ、最终产物的制备：将制备好的前躯体在５００～８００℃焙烧３～１２小 时得最终产物Ｌｉ↓［４］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１２］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邓龙征，李明，刘昊，
申请(专利权)人：万向电动汽车有限公司，万向集团公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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