[发明专利]冷冻干燥微乳法制备用于锂电负极的钛酸锂材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池电极材料的制备方法，特别是涉及一种冷冻干燥微乳法制备用于锂电负极的钛酸锂材料。

背景技术

钛酸锂作为一种新型的负极材料，具有循环性能好、安全性能高、充放电平台平稳等优点，是近几年来备受关注的最优异的锂离子电池负极材料之一。但是，由于Li₄Ti₅O₁₂的导电性比较差，在大电流充放电时容量衰减快，限制了其的应用。而通过掺杂金属离子和碳包覆可以有效的提高其电子导电率，或者通过制备纳米颗粒，降低锂离子的扩散路径来提高钛酸锂材料的倍率性能。但是，由于纳米粒子的表面与界面效应，表面能较高，表面活性很大，极不稳定，颗粒之间相互吸引团聚而降低其表面能和表面活性，从而逐渐失去纳米粒子的特性，长期循环性能不够理想。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提供一种冷冻干燥微乳法制备用于锂电负极的钛酸锂材料。

一种冷冻干燥微乳法制备用于锂电负极的钛酸锂材料，其特征在于，所述钛酸锂材料的分子式为Li4MpNqTixO12，式中M，N为改性元素， 0＜p＜0.1，0＜q＜0.1，0＜p+q≤0.1，p+q+x=5，具体步骤为：

a、先称量醋酸锂，加入蒸馏水溶解，再称量壳聚糖加入到冰醋酸溶液内，超声至完全溶解为均一的淡黄色液体；

b、向壳聚糖溶液内加入二氧化钛粉末和金属M和N的化合物，超声，磁力搅拌10～60分钟；向壳聚糖溶液内加入步骤a中溶解好的醋酸锂溶液，超声搅拌10～60分钟；

c、向步骤b溶液内加入环氧氯丙烷，持续磁力搅拌5～15小时；

d、将溶液转移至培养皿内，用保鲜膜盖好，-80℃下冷冻, 将冷冻好的样品放入冷冻干燥机，抽真空，干燥10～48小时，干燥好的样品放入坩埚，送入管式炉下600～900℃煅烧8-15小时，得到用于锂电负极的钛酸锂材料。

所述的醋酸的体积与壳聚糖质量比为80～220ml/g。

所述的n(Li)：n(Ti+M+N)=0.8～1.2。

步骤(b)中所述的金属元素M、N为Gd、Dy、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Mn、Ta、Hf、Sc中的一种。

采用本发明的方法制备的钛酸锂负极材料表现出一定的介孔特性，该钛酸锂负极材料具有优异的大倍率放电特性。

附图说明

图1为本发明实施例1产物的XRD图；

图2为本发明实施例3产物在1C倍率下的首次充放电曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

称量0.8685g醋酸锂，加入10ml的蒸馏水溶解；再称量0.2375g的壳聚糖加入43.5ml的冰醋酸溶液内，超声至完全溶解为均一的淡黄色液体；向壳聚糖溶液内加入0.87g二氧化钛粉末、0.0438 g硝酸钕和0.0152g的硝酸钪，超声，磁力搅拌20min; 向壳聚糖溶液内加入溶解好的醋酸锂溶液，搅拌10min;在向上述溶液内加入0.4ml的环氧氯丙烷，持续磁力搅拌15h，将溶液转移至培养皿内，用保鲜膜盖好，-80℃下冷冻，将冷冻好的样品放入冷冻干燥机，抽真空，干燥24h，得到呈海绵状的白色样品，将样品放到式炉800℃下煅烧10h，制备得最终产物。

图1为所得样品的XRD图。可见，合成产物的XRD图各衍射峰的位置和相对强度均与Li₄Ti₅O₁₂的标准卡片相吻合，无任何杂相。

实施例2：

称量0.868g醋酸锂，加入10ml的蒸馏水溶解；再称量0.248g的壳聚糖加入50ml的冰醋酸溶液内，超声至完全溶解为均一的淡黄色液体；向壳聚糖溶液内加入0.68g二氧化钛粉末、0.0222 g的硝酸钐和0.0433g的硝酸镧，超声，磁力搅拌40min; 向壳聚糖溶液内加入溶解好的醋酸锂溶液，搅拌20min;在向上述溶液内加入0.5ml的环氧氯丙烷，持续磁力搅拌5h，将溶液转移至培养皿内，用保鲜膜盖好，-80℃下冷冻，将冷冻好的样品放入冷冻干燥机，抽真空，干燥10h，得到呈海绵状的白色样品，将样品放到式炉600℃下煅烧15h，制备得最终产物。

实施例3：