[发明专利]一种花球状锂电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池能源材料技术领域，具体涉及一种制备花球状锂电池负极材料的方法——水热法。

技术背景

随着新能源技术的不断发展，采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染、缓解能源压力的一种有效途径，其中高安全性的锂离子蓄电池已经成为各种电动车辆的理想电源。与此同时，各种锂离子蓄电池正负极材料也得到了广泛的研究，正极材料从钴酸锂、镍钴锰酸锂到磷酸铁锂，而负极材料目前虽然仍以各种石墨类材料为主，但是其它各种负极材料在基础研究方面也得到了迅速的发展，如锡基材料、硅基材料、金属氧化物材料、氮化物材料和钛酸锂材料等。

目前，商品化的锂离子蓄电池负极材料大多采用单一的嵌锂碳(素)材料，但碳材料作为锂离子蓄电池负极材料还存在一些缺点：由于碳负极电位与金属锂的电位很接近，过充电时易析出枝晶锂，金属锂可能会在碳电极表面析出而引起短路，影响锂电池的安全性能；易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大；与电解液反应产生可燃气体混合物；在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差，因而给电池特别是动力电池造成很大的安全隐患。

锂电池负极材料的制备方法主要有：溶胶-凝胶法[HE Hui，CHENG Xuanand ZHANG Ying.Structure and performance of lithium battery anode materialLi₄Ti₅O₁₂[J].Chinese Journal of Materials Research，2007(2)，21：82-86.]、高温固相法[方杰，王志兴，李新海，胡维，郭华军，彭文杰，伍凌.烧结温度和时间对Li₄Ti₅O₁₂电化学性能的影响.[J].中国有色金属学报，1004-0609(2009)12-2179-07]、水热离子交换法[Rui Xu，Junrong Li，Ao Tan，Zilong Tang and Zhongtai Zhang.Novel lithium titanate hydrate nanotubes withoutstanding rate capabilities and long cycle life.[J].Journal of PowerSource.196(2011)2283-2288.]等。但是这些方法或是操作复杂、较难控制，或是烧结温度高、烧结时间长。因此，寻找一种操作简单、烧结温度低、烧结时间短的方法将具有很大的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种具有特殊形貌即花球状锂电池负极材料的制备方法，该方法制备成本低、操作简单、制备周期短且不需要后期热处理，为锂电池的发展研究提供了一个新方向。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)将分析纯的可溶性锂盐溶于去离子水中，配制成Li⁺浓度为1.8～2.5mol/L的溶液A；

2)按Li∶Ti＝0.78～0.82的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为1∶1～4，所得溶液记为B；

3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C；

4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为50％-80％，然后密封反应釜，在120～180℃，反应2～24h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；

5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤3～5次，于电热鼓风干燥箱中在60～90℃下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。

所述的可溶性锂盐为LiOH·H₂O。

本发明的有益的效果体现在：

1)此方法制备的锂电池负极材料是由片状组装成的花球状结构，其表达式为：Li_1.81H_0.19Ti₂O₅·2H₂O；

2)用此方法制备电极材料具有多种优点：工艺简单，操作方便且不需要后期的热处理，大大降低了生产能耗。

附图说明

图1为在水热180℃、反应24h的条件下所制备的样品的XRD图。

图2、图3和图4是在水热180℃、反应24h的条件下所制备的样品的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。