專利名稱：一種改性鈦酸鋰及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種改性鈦酸鋰及其制備方。
技術(shù)背景
隨著當(dāng)今電子設(shè)備的小型化和微型化，鋰離子電池的研究與應(yīng)用越來(lái)越得到重視。鋰離子電池傳統(tǒng)的負(fù)極材料是碳素材料。雖然碳負(fù)極已經(jīng)成功地商業(yè)化，但是其中存在的電池安全問(wèn)題，迫使人們尋找在比碳負(fù)極稍正的電位下嵌鋰的安全可靠的新型負(fù)極材料。其中低電位過(guò)渡金屬氧化物及復(fù)合氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料引起了人們的廣泛注意，尤其是零應(yīng)變材料鈦酸鋰，以其1. 5V(vs. Li/Li+)電壓、接近1的充放電效率和優(yōu)越的循環(huán)性能廣受關(guān)注，是一種很有潛力作為動(dòng)力型鋰離子負(fù)極材料的電極材料。
目前合成鈦酸鋰大多采取溶膠凝膠法和固相反應(yīng)法。與固相反應(yīng)法相比，溶膠一凝膠法制備的產(chǎn)品雖然化學(xué)純度高，粒徑均勻性好，反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)時(shí)間較短，但其一般需使用昂貴的有機(jī)試劑，致使成本大大增加，而且工藝繁雜，不宜大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。固相反應(yīng)法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，是最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的工藝。但鈦酸鋰具有較差的電子導(dǎo)電性和相對(duì)較高的電壓平臺(tái)，作為負(fù)極材料，使得電池電壓降低，高倍率性能差。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于，提供了一種鉬摻雜炭包覆的改性鈦酸鋰。
本發(fā)明的目的之二在于，提供了所述改性鈦酸鋰的制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種改性鈦酸鋰，包括鋰源、鈦源、碳源和鉬源，所述的鋰源、鈦源和鉬源的摩爾比為4 (5-x) X，其中，5 >x>0;所述碳源按重量百分計(jì)算，占含鉬鈦酸鋰的0 30%。
制備所述改性鈦酸鋰的方法，包括如下制備步驟
A、將鋰源、鈦源、鉬源和碳源混合，球磨1 20h ；
B、將所得混合物在管式爐中惰性氣體保護(hù)下，400 1000°C煅燒6 20h，制得所述改性鈦酸鋰。
較佳地，步驟A中所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰中的一種或幾種混合物。
較佳地，步驟A中所述鈦源為二氧化鈦。
較佳地，步驟A中所述鉬源為三氧化鉬、鉬酸銨中的一種或兩種混合物。
較佳地，步驟A中所述炭源為檸檬酸，蔗糖，葡萄糖中的一種或幾種混合物。
將所述改性鈦酸鋰用來(lái)組裝成鋰離子電池。
研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)其它離子的摻雜，在鈦酸鋰中造成一定的Ti4+/Ti3+是提高鈦酸鋰材料電子導(dǎo)電性的一條有效途徑。此外，人們?cè)噲D通過(guò)摻雜手段進(jìn)一步降低鈦酸鋰的電極電位，這意味著在鋰離子電池應(yīng)用方面，人們將可以獲得更高的電池電壓。而且，炭包覆也是提高材料電子導(dǎo)電性的方便廉價(jià)的方法。本發(fā)明將摻雜與包覆同時(shí)進(jìn)行。有效的改善了鈦酸鋰材料的電子導(dǎo)電性。
本發(fā)明包括鋰源、鈦源、碳源和鉬源，其制備工藝為將鋰源、鈦源、鉬源和碳源混合，球磨將所得混合物在管式爐中惰性氣體保護(hù)下，400 1000°C煅燒6 20h ；本發(fā)明不僅性能穩(wěn)定、一致性好，而且成本低廉、工藝簡(jiǎn)單，可以適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明使用相對(duì)廉價(jià)的原料，在較短的時(shí)間和較低的合成溫度下，通過(guò)鉬摻雜炭包覆合成電化學(xué)性能優(yōu)異的鋰離子電池負(fù)極材料鈦酸鋰；本發(fā)明不僅比容量高、循環(huán)性能優(yōu)異、重現(xiàn)性好、產(chǎn)品均勻，而且對(duì)設(shè)備要求不高、制備方法簡(jiǎn)單。
總之本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)、本發(fā)明方法選用的鋰源廉價(jià)易得，鈦源純度較高，這兩種原料的組合可以使生產(chǎn)的產(chǎn)品純度高，穩(wěn)定性好，且成本適中。
(2)、采用高能球磨，使得原料分散更均勻。
(3)、采用固相法，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)。
0)、本發(fā)明合成的這種鈦酸鋰材料，以金屬鋰為負(fù)極制備成電池，高倍率下循環(huán)穩(wěn)定性好，200次循環(huán)后，比容量仍高達(dá)118mAh/g。


圖1為本發(fā)明所述改性鈦酸鋰5C倍率下的循環(huán)性能圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種改性鈦酸鋰及其制備方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分別稱取二氧化鈦0. 8645g，碳酸鋰0. 3469g，三氧化鉬 0. 0063g,檸檬酸0. 2145g，球磨10h，800°C，管式爐氮?dú)鈿夥障蚂褵心?，過(guò)150目篩，得所述鋰離子電池負(fù)極材料改性鈦酸鋰產(chǎn)品。
實(shí)施例2
一種改性鈦酸鋰及其制備方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分別稱取二氧化鈦0. 8645g，氫氧化鋰0. 2249g，鉬酸銨 0. 0078g，葡萄糖0. 1548g，球磨lh，1000°C，管式爐氮?dú)鈿夥障蚂褵心?，過(guò)150目篩，得所述鋰離子電池負(fù)極材料改性鈦酸鋰產(chǎn)品。
實(shí)施例3
一種改性鈦酸鋰及其制備方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分別稱取二氧化鈦0. 8645g，硝酸鋰0. 6474g，鉬酸銨 0. 0078g，蔗糖0. 102g和葡萄糖0. 0825g，球磨20h，600°C，管式爐氮?dú)鈿夥障蚂褵?0h，研磨，過(guò)150目篩，得所述鋰離子電池負(fù)極材料改性鈦酸鋰產(chǎn)品。
實(shí)施例4
一種改性鈦酸鋰及其制備方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分別稱取二氧化鈦0. 8645g，氫氧化鋰0. 1249和醋酸鋰 0. 2755g，鉬酸銨0. 0036g和三氧化鉬0. 0034,葡萄糖0. 1548g，球磨15h，800°C，管式爐氮?dú)鈿夥障蚂褵?5h，研磨，過(guò)150目篩，得所述鋰離子電池負(fù)極材料改性鈦酸鋰產(chǎn)品。
以上所述僅為了是本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明所列舉的幾個(gè)具體實(shí)施例，并非用來(lái)限制本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述的特征、結(jié)構(gòu)及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
將本發(fā)明進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試以制備得到的改性鈦酸鋰為活性物質(zhì)，Super P(超級(jí)炭)為導(dǎo)電劑，PVdF(聚偏氟乙烯)做粘結(jié)劑，NMP (N-甲基-2-吡咯烷酮)為溶劑調(diào)成料漿涂于銅箔上作成極片。以鋰片對(duì)電極，電解液濃度為lmol/L，聚丙烯微孔膜為電池的隔膜， 組裝成測(cè)試電池。在充滿氫氣的手套箱中組裝成扣式電池，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。測(cè)試電壓范圍1 3V。將產(chǎn)品按上述方法組裝成電池，5C時(shí)200次充放電后容量仍在在118mAh/g以上，如圖1所示。
權(quán)利要求
1.一種改性鈦酸鋰，其特征在于包括鋰源、鈦源、碳源和鉬源，所述的鋰源、鈦源和鉬源的摩爾比為4 (5 χ) X，其中，5 >x>0;所述碳源按重量百分計(jì)算，占含鉬鈦酸鋰的0 30%。
2.制備權(quán)利要求1所述改性鈦酸鋰的方法，其特征在于包括如下制備步驟A、將鋰源、鈦源、鉬源和碳源混合，球磨1 20h；B、將球磨所得混合物在惰性氣體保護(hù)下，于400 100(TC煅燒6 20h，制得所述改性鈦酸鋰。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述煅燒是在管式爐中進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、 硝酸鋰中的一種或幾種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述鈦源為二氧化鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述鉬源為三氧化鉬、鉬酸銨中的一種或兩種的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備方法，其特征在于，所述碳源為檸檬酸、蔗糖、葡萄糖中的一種或幾種混合物。
8.將權(quán)利要求1所述改性鈦酸鋰，其特征在于，將所述改性鈦酸鋰用來(lái)組裝成鋰離子電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種改性鈦酸鋰的制備方法；本發(fā)明包括鋰源、鈦源、碳源和鉬源，其制備工藝為將鋰源、鈦源、鉬源和碳源混合，球磨將所得混合物在管式爐中惰性氣體保護(hù)下，400～1000℃煅燒6～20h；本發(fā)明不僅性能穩(wěn)定、一致性好，而且成本低廉、工藝簡(jiǎn)單，可以適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)；所得產(chǎn)品5C倍率下充放電，經(jīng)200次循環(huán)后容量依然高達(dá)118mAh/g。
文檔編號(hào)H01M4/485GK102496706SQ20111040971
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者劉 東, 唐致遠(yuǎn), 李中延, 王利娟, 王浩, 羅永莉, 閆繼, 馬莉 申請(qǐng)人:東莞市邁科新能源有限公司, 東莞市邁科科技有限公司, 東莞市邁科鋰離子電池工業(yè)節(jié)能技術(shù)研究院