一種類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微米級類球形材料的合成，尤其涉及一種類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]發(fā)展電動汽車替代以汽油為燃料的傳統(tǒng)內(nèi)燃機車對于保護生態(tài)環(huán)境與合理利用可再生能源意義重大。二次電池技術被認為是電動汽車發(fā)展的關鍵。作為二次電池中的佼佼者，鋰離子電池自1991年被日本Sony公司產(chǎn)業(yè)化以來，以其能量密度高，輸出功率大，充放電效率高，工作溫度范圍寬，環(huán)境友好，循環(huán)壽命長等優(yōu)點，成為大規(guī)模用電裝置尤其是車用動力電源的不二之選。
[0003]基于石墨負極的鋰離子電池技術雖然已實現(xiàn)商業(yè)化多年，且在電子產(chǎn)品、移動設備等領域占據(jù)了主導地位，但在電動車用電池組中遇到了很大挑戰(zhàn)。電動汽車用鋰離子電池對于電池組的一致性和單節(jié)電池的耐過充性能有著非常嚴格的要求，而石墨負極鋰枝晶的產(chǎn)生及SEI膜的溶解問題導致電池安全性和循環(huán)性存在問題。
[0004]在眾多負極材料候選者中，由于良好的過充特性、穩(wěn)定的循環(huán)性能，鈦酸鋰(Li4Ti5012)作為電動車用鋰離子電池負極受到了廣泛的關注，它的優(yōu)勢主要可歸納為:極佳的循環(huán)穩(wěn)定性;很好的耐過充性能；電池電壓易于控制;原料價格低廉，對環(huán)境友好。但是鈦酸鋰的電導率很低(小于10—13S/cm)，鋰離子擴散能力也需要提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種原料成本低，方法簡便，易于實現(xiàn)，粒度均勻，振實密度高，電化學性能好的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，包括步驟:
[0007](a)配制 Ti0S04 溶液；
[0008](b)在pH值為1-10、溫度為0-120°C、濃度為0.1-lg/L下，將Ti0S04水解成為類球形H2Ti03 顆粒;
[0009](c)將得到的出1^03從溶液中分離出來，并在500-600°C下煅燒4_6h得到類球形Ti〇2顆粒；
[0010](d)利用乙醇作為分散劑，按照Ti與Li的摩爾比為4: 5的比例，將得到的Ti02與鋰源徹底混合并干燥；
[0011](e)將混合物進行分布煅燒，自然冷卻后得到類球形鈦酸鋰電極材料。
[0012]進一步的，所述步驟(c)中分離H2Ti03的方式為離心或者抽濾。
[0013]進一步的，所述步驟(d)中的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰中的一種。
[0014]進一步的，所述步驟(e)中的分布煅燒是指在400-500°C下煅燒4-6h，在700-900°C下煅燒10-20h。
[0015]將合成的類球形鈦酸鋰電極材料制備成二次鋰電池的方法如下:
[0016]將上述的類球形鈦酸鋰電極材料、乙炔黑、PVDF按照85: 10: 5的質(zhì)量比研磨均勻后，加入NMP攪拌使其成為均勻漿料;將漿料用涂膜機均勻涂布在干凈的銅鋁箔上制成電極片，并在真空干燥箱中烘干;將烘干的電極片與鋰片在氬氣氣氛的手套箱中封裝成鋰電池。
[0017]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:
[0018]本發(fā)明是通過采用Ti0S04作為原料，水解形成H2Ti03，通過選擇合適的水解條件得到類球形出1103的顆粒，H2Ti03煅燒過后得到Ti02顆粒，再與適當比例的鋰鹽混合，高溫分步燒結即可得到微米級類球形Li4Ti5012顆粒，其優(yōu)勢表現(xiàn)在:原料成本低，方法簡便，易于實現(xiàn)，所得的類球形鈦酸鋰負極材料粒度均勻，振實密度高，電化學性能好。
[0019]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0020]圖1:(a)實施例1中水解得到的H2Ti03的SEM圖，(b)實施例l*H2Ti03煅燒得到的Ti02 的 SEM 圖；
[0021]圖2:(a)實施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料的XRD圖，(b)實施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料的SEM圖；
[0022]圖3:(a)實施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料在0.1C倍率下前兩圈充放電曲線，(b)實施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料在0.1、0.5、1、2、5C倍率下充放電曲線；
[0023]圖4:實施例1中制備的類球形鈦酸鋰電極材料在1C和2C倍率下循環(huán)圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0025]實施例一，其步驟如下:
[0026](1)稱取20gTi0S04配制成濃度為0.lg/mL的溶液200mL;
[0027](2)調(diào)節(jié)溶液pH為1.0，溫度為60°C，靜置20h，使Ti0S04水解成為類球形H2Ti03顆粒；
[0028](3)將所得溶液離心分離，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0029](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥；
[0030](5)混合物在空氣氣氛下450°C煅燒4h，800°C煅燒20h，自然冷卻后得到目標產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0031 ]如圖1至圖4可見，本發(fā)明制備的類球形鈦酸鋰電極材料粒度均勻，振實密度高，電化學性能好。
[0032]實施例二，其步驟如下:
[0033](1)稱取20g Ti0S04配制成濃度為0.1g/mL的溶液200mL;
[0034](2)調(diào)節(jié)溶液pH為6.0，溫度為60°C，靜置20h，使Ti0S04水解成為類球形H2Ti03顆粒；
[0035](3)將所得溶液離心分離，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0036](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥；
[0037](5)混合物在空氣氣氛下500°C煅燒3h，800°C煅燒10h，自然冷卻后得到目標產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0038]實施例三，其步驟如下:
[0039](1)稱取100g Ti0S04配制成濃度為0.5g/mL的溶液200mL;
[0040](2)調(diào)節(jié)溶液pH為6.0，溫度為120°C，靜置20h，使Ti0S04水解成為類球形H2Ti03顆粒；
[0041](3)將所得溶液離心分離，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0042](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥。
[0043](5)混合物在空氣氣氛下450°C煅燒4h，800°C煅燒20h，自然冷卻后得到目標產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0044]實施例四，其步驟如下:
[0045](1)稱取5(^ Ti0S04配制成濃度為0.25g/L的溶液200mL;
[0046](2)調(diào)節(jié)溶液pH為1.0，溫度為0°C，攪拌5h，使Ti0S04水解成為類球形出1103顆粒；
[0047](3)將所得溶液抽濾，得到的出1^03在空氣氛圍下500°C下煅燒5h得到類球形Ti02顆粒；
[0048](4)利用乙醇作為分散劑，按照T1:Li摩爾比=4:5的比例稱取1102與1^0!1，攪拌2h，徹底混合然后干燥；
[0049](5)混合物在空氣氣氛下450°C煅燒4h，800°C煅燒15h，自然冷卻后得到目標產(chǎn)物類球形鈦酸鋰電極材料。
[0050]將合成的類球形鈦酸鋰電極材料制備成二次鋰電池的方法如下:
[0051 ]將合成的類球形鈦酸鋰電極材料、乙炔黑、PVDF按照85:10: 5的質(zhì)量比研磨均勻后，加入適量的NMP攪拌使其成為均勻漿料;將漿料用涂膜機均勻涂布在干凈的銅鋁箔上制成電極片，并在真空干燥箱中烘干;將烘干的電極片刻成直徑12mm的圓片并與鋰片在氬氣氣氛的手套箱中封裝為半電池。
[0052]上述組裝的是扣式電池，僅僅是為測試該材料性能，然而制備的二次鋰電池類球形鈦酸鋰電極材料可應用于方形、扣式、軟包裝、圓柱形電池等各類鋰電池中。
[0053]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于包括步驟: (a)配制Ti0S04溶液; (b)在pH值為1-10、溫度為0-120°C、濃度為0.l-lg/L下，將Ti0S04水解成為類球形H2Ti03 顆粒; (c)將得到的出1^03從溶液中分離出來，并在500-600°C下煅燒4-6h得到類球形Ti02顆粒； (d)利用乙醇作為分散劑，按照Ti與Li的摩爾比為4:5的比例，將得到的Ti02與鋰源徹底混合并干燥； (e)將混合物進行分布煅燒，自然冷卻后得到類球形鈦酸鋰電極材料。2.根據(jù)權利要求1所述的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(c)中分離H2Ti03的方式為離心或者抽濾。3.根據(jù)權利要求1所述的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(d)中的鋰源為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰中的一種。4.根據(jù)權利要求1所述的類球形鈦酸鋰電極材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(e)中的分布煅燒是指在400-500°C下煅燒4-6h，在700-900°C下煅燒10-20h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種類球形鈦酸鋰電極材料，其分子式為Li4Ti5O12，該合成方法步驟如下：(1)原料硫酸氧鈦(TiOSO4)通過水解得到類球形偏鈦酸(H2TiO3)顆粒；(2)偏鈦酸煅燒得到類球形二氧化鈦(TiO2)顆粒；(3)將類球形二氧化鈦顆粒與鋰源混合煅燒，即可得到微米級類球形鈦酸鋰材料。該方法原料成本低，方法簡便，易于實現(xiàn)，制備的類球形鈦酸鋰電極材料振實密度高，電化學性能好。
【IPC分類】H01M4/485, C01G23/00, H01M10/0525
【公開號】CN105470490
【申請?zhí)枴緾N201510943834
【發(fā)明人】何平, 周豪慎, 戴晨光, 庾海媛
【申請人】蘇州迪思伏新能源科技有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月16日