一種米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料Li

Method for preparing negative ion material of grain shaped lithium ion battery

The invention discloses a grain shaped negative electrode material of a lithium ion battery Li

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池
，特別提供了一種米粒狀形貌的鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2及其制備方法。
技術(shù)介紹
目前所研究的鋰離子動力電池通常以碳材料作為負(fù)極材料，但是電池在濫用狀態(tài)下電解液會與嵌鋰負(fù)極發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，放出大量的熱，引起電池的爆炸失控。因此，以碳負(fù)極的大容量高功率鋰離子動力電池的安全問題一直得不到有效解決，制約著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。同時鋰離子在碳基電池內(nèi)部擴(kuò)散系數(shù)偏小，且其嵌鋰電位較低，鋰易于在電極表面沉積，形成鋰晶枝，導(dǎo)致電池不可逆容量和安全隱患增加，因此碳基材料為負(fù)極的鋰離子電池快速充電性能較差。具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰Li4Ti5O12(LTO)由于其在嵌脫鋰過程中晶格常數(shù)幾乎不發(fā)生變化，被稱為“零應(yīng)變材料”，其理論嵌鋰電位(1.55V，VSLi/Li+)，具有安全性能高，充放電性能好，循環(huán)性能優(yōu)良、充放電電壓平臺穩(wěn)定等優(yōu)點，作為鋰離子動力電池負(fù)極材料，有望解決鋰離子電池的快速充電性能和安全性能，但鈦酸鋰自身的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性較差的特點制約了鋰離子電池的大規(guī)模生產(chǎn)。目前，先后已報道過多種改進(jìn)LTO性能的方法，比如，高導(dǎo)電性包覆、體相摻雜等方法，其中最有效的是在LTO表面包覆一層導(dǎo)電層，最廣泛的是碳包覆在LTO表面提高鋰離子電池的電化學(xué)性能。但是碳包覆存在安全性性問題，因此，許多研究致力于發(fā)展LTO的一種既具有優(yōu)良電化學(xué)性能，又安全穩(wěn)定的無碳復(fù)合材料成為新的熱點。rutitle-TiO2具有鋰離子嵌入-脫嵌速率快、容量大的優(yōu)點，循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，其中rutitle-TiO2嵌入-脫嵌速率能很好的彌補(bǔ)LTO離子導(dǎo)電性差的不足，因此，很多研究致力于將LTO與rutitle-TiO2目進(jìn)行復(fù)合。據(jù)報道，Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，具有大容量、高倍率性能、高容量保持率、循環(huán)穩(wěn)定等一系列優(yōu)點。但是Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料的常見的形貌為雜亂無章的片狀嚴(yán)重影響了其電化學(xué)性能。因此更多的研究希望通過改變Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料的形貌進(jìn)而提升其電化學(xué)性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于形貌對Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料的電化學(xué)性質(zhì)有著重要的影響，本專利技術(shù)目的在于提供一種高比表面積米粒狀形貌的鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的制備方法，通過較大比表面積增大作為負(fù)極Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料與電解液的接觸面積，以進(jìn)一步提高Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料的電化學(xué)性能。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的制備方法，包括如下步驟：1)室溫下，將LiOH·H2O置于二甲基甲酰胺DMF中，充分?jǐn)嚢杌旌虾螅尤脞佀崴亩□ィ稍飾l件下，反應(yīng)10-12h，得反應(yīng)液；2)向所述反應(yīng)液中加入去離子水，攪拌1-2min，得乳白色溶液，將所述乳白色溶液移至反應(yīng)釜中，180-200℃反應(yīng)36-40h，離心分離，收集沉淀，乙醇洗滌，70-80℃真空干燥6-8h，得產(chǎn)物前驅(qū)體；3)將所述產(chǎn)物前驅(qū)體置于空氣氛圍中，490-700℃煅燒6-7h，自然冷卻至室溫，研磨，得目標(biāo)產(chǎn)物。所述的制備方法，步驟1)中LiOH·H2O和鈦酸四丁酯按照Li/Ti摩爾比為4:5～5.5的比例進(jìn)行配料。所述的制備方法，步驟1)中鈦酸四丁酯的加入方式為逐滴加入。所述的制備方法，步驟1)中攪拌為磁力攪拌。所述的制備方法，步驟1)中LiOH·H2O和二甲基甲酰胺按質(zhì)液g/ml比為0.169-0.175：25-28的比例進(jìn)行配料。所述的制備方法，步驟3)中煅燒的溫度為590-600℃。本專利技術(shù)具有以下有益效果：本專利技術(shù)提供的鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2制備方法，是采用水熱合成法，以鈦酸四丁酯和LiOH·H2O為原料，以二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，于室溫條件下，反應(yīng)制得前驅(qū)體；將前驅(qū)體于空氣氛圍中，高溫?zé)Y(jié)得目標(biāo)產(chǎn)物，通過該方法制備而成的鋰離子電池負(fù)極材料為米粒狀Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料，在保持LTO優(yōu)良特性的前提下，不僅實現(xiàn)解決了嵌鋰碳材料的安全隱患問題，而且尤為重要的是，其狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增大了材料的比表面積，進(jìn)而提高了材料的電化學(xué)性能，且其采用極其簡單的水熱法一步合成，特別有利于實現(xiàn)LTO電極材料的商品化，推動鋰離子電池負(fù)極材料新時代。附圖說明圖1為實施例1-3不同溫度煅燒所得電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的XRD圖；其中，a、490-500℃；b、590-600℃；c、690-700℃。圖2為實施例1-3不同溫度煅燒所得電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的SEM圖；其中，a、490-500℃；b、590-600℃；c、690-700℃。具體實施方式下面結(jié)合具體的實施方案對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步解釋，但是并不用于限制本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。為了解決以往鋰離子電池負(fù)極材料的形貌對其電化學(xué)性質(zhì)的影響，本實施方案提供了一種具有米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/rutile-TiO2的制備方法，包括如下步驟：1)室溫下，將LiOH·H2O置于二甲基甲酰胺(DMF)中，充分?jǐn)嚢杌旌虾螅尤脞佀崴亩□ィ稍飾l件下，反應(yīng)10-12h，得反應(yīng)液；2)向所述反應(yīng)液中加入去離子水，攪拌1-2min，得乳白色溶液，將所述乳白色溶液移至反應(yīng)釜中，180-200℃反應(yīng)36-40h，離心分離，收集沉淀，乙醇洗滌，70-80℃真空干燥6-8h，得產(chǎn)物前驅(qū)體；3)將所述產(chǎn)物前驅(qū)體置于空氣氛圍中，490-700℃煅燒6-7h，自然冷卻至室溫，研磨，得目標(biāo)產(chǎn)物。其中，為了確使制備而成的負(fù)極材料能夠呈現(xiàn)米粒狀，在步驟1)中選用作為Li源和Ti源的兩種原料，其必須為液態(tài)，因而需要使用二甲基甲酰胺(DMF)溶解LiOH·H2O，為了使二甲基甲酰胺(DMF)能夠充分溶解LiOH·H2O，通常0.169-0.175g的LiOH·H2O需要25-28ml二甲基甲酰胺(DMF)；步驟2)中加入去離子水，攪拌，是為了使鈦酸四丁酯進(jìn)一步充分水解。隨后將所得乳白色溶液移入反應(yīng)釜，180-200℃反應(yīng)36-40h，目的是水熱反應(yīng)形成前驅(qū)體；步驟3)在空氣氛圍中進(jìn)行煅燒的目的在于將前驅(qū)體在高溫條件下轉(zhuǎn)化為Li4Ti5O12/rutile-TiO2負(fù)極材料，從而獲得理想的負(fù)極材料。為了確保所制得的負(fù)極材料能夠為米粒狀Li4Ti5O12/rutile-TiO2復(fù)合材料，從而增大材料的比表面積，提高材料的電化學(xué)性能，優(yōu)選，將分別作為Li源和Ti源的原料LiOH·H2O和鈦酸四丁酯按照Li/Ti＝4:5～5.5進(jìn)行配料，上述Li/Ti是指摩爾比，以確保形成的為Li4Ti5O12/rutile-TiO2負(fù)極材料。為了確使原料LiOH·H2O和鈦酸四丁酯能夠充分反應(yīng)，作為技術(shù)方案的改進(jìn)，將鈦酸四丁酯的以逐滴加入的方式進(jìn)行加入。其中，步驟1)中將LiOH·H2O置于二甲基甲酰胺(DMF)中的攪拌，優(yōu)選為磁力本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)室溫下，將LiOH·H

【技術(shù)特征摘要】
1.一種米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)室溫下，將LiOH·H2O置于二甲基甲酰胺DMF中，充分?jǐn)嚢杌旌虾螅尤脞佀崴亩□ィ稍飾l件下，反應(yīng)10-12h，得反應(yīng)液；2)向所述反應(yīng)液中加入去離子水，攪拌1-2min，得乳白色溶液，將所述乳白色溶液移至反應(yīng)釜中，180-200℃反應(yīng)36-40h，離心分離，收集沉淀，乙醇洗滌，70-80℃真空干燥6-8h，得產(chǎn)物前驅(qū)體；3)將所述產(chǎn)物前驅(qū)體置于空氣氛圍中，490-700℃煅燒6-7h，自然冷卻至室溫，研磨，得目標(biāo)產(chǎn)物-米粒狀形貌鋰離子電池負(fù)極材料Li4Ti5O12/ru...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葛昊，王登虎，聶勝楠，崔潞霞，宋溪明，
申請(專利權(quán))人：遼寧大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21