[发明专利]一种多孔球形钛酸锂的合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，特别是一种多孔球形钛酸锂的合成方法。

背景技术：

尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)具有优良的循环性能和更高的安全性，一直被认为是最有前途的锂离子电池负极材料之一。但由于Li₄Ti₅O₁₂材料本身的电导率较低(电子电导率仅为10^-9S/cm)，在大电流充放电时容易产生较大的极化，导致材料的倍率性能较差；另外，材料的振实密度偏低，影响到电池的体积比容量和能量密度。这些都限制了钛酸锂负极材料在动力电池中的应用。

通过对钛酸锂材料形貌的有效调控、修饰是提高其导电性乃至倍率性能的有效途径，如文献Electrochemistry Communications，2008，10：1513中，作者采用水热法合成出花瓣状的钛酸锂材料，8C放电比容量达到165.8m Ah/g；文献Electrochimica Acta，2007，53：79和Journal of Power Sources，2007，166：514中作者分别采用胶晶模板技术或溶胶-凝胶方法合成了具有介孔或空心球结构的钛酸锂材料，其倍率性能都得到一定程度的改善。另外，通过合成球形材料可以有效地提高材料的振实密度，如文献Journal of Power Sources，2007，166：255中作者采用“外凝胶”技术合成了球形钛酸锂材料，振实密度达到1.71g/cm³。综上所述的对钛酸锂形貌的调控技术虽然有效，但合成工艺非常复杂，要严格控制溶液的浓度，PH值，反应温度，搅拌速度等，或者需要用到特殊的反应器，成本较高，不适合工业化生产。

发明内容：

本发明的目的是提供一种振实密度大，比容量高，倍率性能好且工艺简单适合工业化生产的一种多孔球形钛酸锂的合成方法。本发明的技术方案是，一种多孔球形钛酸锂的合成方法，其特征在于有以下步骤：(1)将锂源、钛源、有机单体和分散剂置于球磨罐中球磨混合成均匀的浆料，球磨时间为12～48小时，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、醋酸锂和氯化锂的任一种，所述钛源为二氧化钛或偏钛酸，所述有机单体为丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、丙烯酸中的一种，单体的加入量为锂源和钛源总质量的2～20wt％，所述分散剂为聚乙二醇、乙醇、水、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、聚乙烯醇中的一种或多种，分散剂的加入量为锂源和钛源总质量的1～20wt％；(2)在步骤(1)所形成的浆料中加入交联剂、引发剂和催化剂制成凝胶，然后将凝胶置于真空烘箱中在60-150℃干燥，制成干凝胶，所述的交联剂为N，N’亚甲基双丙烯酰胺、明胶中的一种，其中交联剂的加入量为单体质量的2％～10wt％，所述引发剂为过硫酸铵、过氧化氢中的一种，引发剂的加入量为单体质量的1％～10wt％，所述催化剂为四乙基乙二胺，催化剂的加入量为单体质量的1％～5wt％；(3)将步骤(2)的凝胶置于干燥箱中在60℃～150℃烘干后得到干凝胶，干凝胶置于马弗炉中，在氮气或氩气气氛下500℃～800℃煅烧2～12小时，即制成具有纳米、微米复合结构的多孔球形钛酸锂。本发明与现有技术比较具有振实密度大、比容量高和倍率性能好且工艺简单适合工业化生产的显著优点。

具体实施方式：

本发明的多孔球形钛酸锂的合成方法的实施方案：

(1)把锂源、钛源、有机单体、分散剂置于球磨罐中球磨混合成均匀的浆料；

(2)在步骤(1)所形成的浆料中加入交联剂、引发剂、催化剂，制备凝胶。然后置于真空烘箱中在60～150℃干燥，得到干凝胶；

(3)将步骤(2)制备的干凝胶置于马弗炉中，保护性气氛下500～800℃煅烧即可得产品。

本发明的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、醋酸锂、氯化锂；所述钛源为二氧化钛、偏钛酸。

本发明的有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、丙烯酸中的一种。其中单体的加入量为锂源和钛源总质量的2～20wt％。

本发明的交联剂为N，N’亚甲基双丙烯酰胺、明胶中的一种。其中交联剂的加入量为单体质量的2％～10wt％。

本发明的分散剂为聚乙二醇、乙醇、水、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、聚乙烯醇中的一种或多种。分散剂加入量为锂源和钛源总质量的1～20wt％。

本发明的引发剂为过硫酸铵、过氧化氢中的一种。引发剂的加入量为单体质量的1％～10wt％。