[发明专利]一种钛酸锂薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源领域，尤其涉及一种钛酸锂薄膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池因比能量高、工作电压高、循环寿命长等其他传统电池不具有的独特优势，而得到广泛应用。目前商品化的锂离子电池负极材料大多采用碳素材料，其优点是安全性能好、循环性能好等，但仍存在不少问题。1983年，Murphy等首次报道Li₄Ti₅O₁₂与金属锂的电池反应。1996年，加拿大研究者Zaghib首次提出采用Li₄Ti₅O₁₂材料作负极与高电压正极组成锂离子蓄电池、与碳电极组成电化学混合电容器。钛酸锂负极材料的锂的嵌入和脱出伴随着Ti⁴⁺/Ti³⁺反应的进行，充放电过程中该材料几乎没有体积效应，晶体的结构十分稳定，放电非常平稳，平均电压平台约为1.56V左右，理论比容量175mAh/g，其循环次数能达到4000次，甚至上万次，在储能和动力锂离子电池负极材料中有着很大的研究价值和商业应用前景。

Li₄Ti₅O₁₂主要的合成方法有高温固相法，溶胶-凝胶法，燃烧法等。姚经文等以LiCO₃和TiO₂为原料，采用固相法制得纯相的Li₄Ti₅O₁₂，首次放电容量为158.3mAh/g(《锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂的合成及电化学性能》, 功能材料, 2006, 37(11): 1752-1754)。刘东强等以醋酸锂、乙醇、钛酸四丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备出的Li₄Ti₅O₁₂晶型发育良好(《Li₄Ti₅O₁₂溶胶-凝胶法合成及其机理研究》, 无机化学学报, 2004, 20(7): 829-832)。Raja等将钛酸丁酯与HNO₃混合，再加入LiNO₃，采用燃烧法制备得到Li₄Ti₅O₁₂ (《Synthesis of nanocrystalline Li₄Ti₅O₁₂ by a novel aqueous combustion technique》, Journal of Alloys and ComPounds, 2009, 468(l-2): 258-262)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钛酸锂薄膜的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛酸锂薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）基底的预处理：将钛片依次用丙酮、盐酸、无水乙醇、去离子水超声清洗15-30min，放入干燥箱中60～80℃烘干2～8h，取出后备用；

（2）二氧化钛薄膜的制备：采用二次阳极氧化法制备二氧化钛薄膜，以步骤（1）的钛片为阳极，石墨为阴极，氟化铵和水的乙二醇体系为电解液，溶液温度为10～20℃，初次氧化和二次氧化的时间分别是1～2h和2～4h，制备电压为10～40V，待氧化完成后，依次用乙醇和去离子水冲洗干净，50～80℃烘干后即制得二氧化钛薄膜；

（3）将锂源加入到100mL无水乙醇中，配成浓度为0.5～5mol/L溶液，放入50～80℃的恒温水槽中；将步骤（2）中的二氧化钛薄膜垂直放入锂源溶液中，在50～80℃水浴条件下反应1～10h，得到钛酸锂前驱体薄膜；

（4）将步骤（3）附着钛酸锂前驱体薄膜的钛片置于空气气氛下700～900℃煅烧5～10h得到钛酸锂薄膜，重复步骤（3）和（4）可得到预定层数的薄膜型钛酸锂负极材料。

作为优选，步骤（2）中氟化铵和水的质量分数分别为0.1～1wt%和1～3wt%。

作为另一个优选，步骤（3）的锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂的一种或两种及以上混合物。

本发明的有益效果是：

所需原料价格低廉，操作简单易行，制备出钛酸锂负极材料具有优秀的电化学性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。