[发明专利]一种锂离子动力电池用负极材料钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池用负极材料钛酸锂的制备方法，属于电化学能源材料技术领域。

背景技术

尖晶石型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）是锂离子动力电池的新一代负极材料。它具有很多优点：（1）锂离子嵌入和脱出过程中，晶体结构变化小于1%，因此具有非常好的循环性能和平稳的充放电平台，被誉为“零应变材料”；（2）嵌锂电位高，不易析出锂枝晶，不与常用电解液发生反应，因此具有非常好的安全性能；（3）较高的化学扩散系数(2×10^-8cm²/s)，锂离子迁移速率快，适合快速充放电；（4）抗过充和热稳定性好。因此钛酸锂作为锂离子动力电池和储能锂离子电池负极材料，有着巨大的研究价值和商业应用前景。

现有的钛酸锂常采用固相合成法合成，因为该方法操作方便，对设备要求简单，影响因素少，所以也是最容易实现工业化的材料制备方法。但是，固相合成法合成的钛酸锂容易团聚、颗粒较大、导电性差。将其用作锂离子电池负极材料，在大电流充放电时容量衰减迅速而导致电池倍率性能较差。

发明内容

本发明要解决现有技术中固相合成法合成的钛酸锂用作锂离子电池负极材料，在大电流充放电时容量衰减迅速而导致电池倍率性能较差的技术问题，提供一种锂离子动力电池用负极材料钛酸锂的制备方法，制得的钛酸锂用作锂离子电池负极材料，能够提高电池的循环稳定性及倍率性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种锂离子动力电池用负极材料钛酸锂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

（1）称取8mmol氢氧化锂，溶于20mL去离子水中，搅拌10-30分钟，向其中滴加1-3mL过氧化氢溶液，再加入55-85mg聚乙烯吡咯烷酮，搅拌2-4小时；

（2）向步骤（1）的溶液中滴加605μL钛酸异丙酯，搅拌1-3小时；

（3）将步骤（2）得到的混合溶液转移至50mL反应釜中，进行水热反应，反应温度为140-180℃，反应时间为12-20小时；

（4）将步骤（3）得到的反应物离心洗涤、烘干后，在空气中于400-600℃下煅烧20-30分钟，降至室温后再在空气中于500-700℃下煅烧6-8小时，得到钛酸锂材料。

在上述技术方案中，步骤（1）中所述的过氧化氢溶液的质量分数为30%。

在上述技术方案中，步骤（1）中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量为40000。

在上述技术方案中，步骤（4）中所述将步骤（3）得到的反应物烘干，其烘干温度为60-80℃。

在上述技术方案中，步骤（4）中所述将反应物进行两次煅烧，其升温速率都控制为3-5℃/分钟。

本发明提供的锂离子动力电池用负极材料钛酸锂的制备方法的有益效果是：

本发明采用水热法合成钛酸锂材料，通过加入过氧化氢的量调节溶液的pH，控制后续滴加的钛酸异丙酯的水解速度，通过加入聚乙烯吡咯烷酮的量控制生成物钛酸锂的形貌，最终得到刺球状的钛酸锂材料（见附图1）。这种特殊形貌的钛酸锂用作锂离子动力电池用负极材料，能够增大电解液与活性物质的接触面积，并且为锂离子的传输提供了顺畅的通道，得到的电池循环稳定性及倍率性能优异。如附图2说明了实施例二制备的钛酸锂材料在1C电流密度下，容量可达到150mAh/g以上，且60次循环容量不下降。如附图3说明了实施例三制备的钛酸锂在1C、5C、10C、5C、1C电流密度下循环各10次，大电流10C下容量在120mAh/g以上，且1C时，容量可保持在150mAh/g，倍率性能较好。如附图4说明了实施例四制备的钛酸锂材料在5C电流密度下，首次放电容量较高，可达到157mAh/g。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的钛酸锂材料的SEM图。

图2为本发明实施例二制备的钛酸锂材料在1C电流密度下的循环性能曲线。

图3为本发明实施例三制备的钛酸锂材料在不同倍率下充放电循环性能图。

图4为本发明实施例四制备的钛酸锂材料在5C电流密度下的充放电曲线图。

具体实施方式

本发明提供的一种锂离子动力电池用负极材料钛酸锂的具体制备方法如下：

（1）称取8mmol氢氧化锂，溶于20mL去离子水中，搅拌10-30分钟，向其中滴加质量分数为30%的过氧化氢溶液1-3mL，再加入55-85mg质量分数为40000的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌2-4小时；