[发明专利]一种锂离子电池材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料及其制备技术领域，具体涉及一种锂离子二次电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子导体是一种具有离子导电性的物质，为快离子导体。具有高电导率、低活化能(低于0.5eV)和电极电位最负等特点。研究得较多的有层状结构的Li₃N，骨架结构的Lisicon(Li₁₄ZnGeO₄)和以LiTi₂P₃O₁₂为基的固溶体等。但无机锂离子导体或因电导率不同、分解电压低、不耐金属锂腐蚀等，尚无实用价值。Li₂₄Zn(GeO₄)₄是具有三维传导性能最好的快离子导体。在300℃时电导率为0.125S/cm，并兼有烧成温度低(1100~1200℃)、制备方便等优点。但它对熔融锂不稳定，对CO₂和H₂O很敏感，因此使应用受到限制。

因此开发一种具有较高温度稳定性和较低烧结温度的锂离子导体材料成为当前研究的重点。钙钛矿材料通常具有较高的稳定性，而且在晶格格点的位置具有较大离子容忍度，即格点位置可以由多种原子占据而保持稳定性。基于钙钛矿结构的优点，发展一种钙钛矿型的锂离子导体材料有望能提高稳定性和电导率。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿锂离子电池材料Li[Cu_3-x Li_x][Ti_3-xB_1+x]O₁₂及其制备方法，其中B为Nb或者Ta或者Sb，0.1≤x≤0.4。

具体步骤为：

(1)将分析纯醋酸锂和分析纯醋酸铜按摩尔比为1+x:3-x配料，溶于乙二醇单甲醚中，制得均一溶液，其中0.1≤x≤0.4；所述乙二醇单甲醚质量为分析纯醋酸锂和分析纯醋酸铜质量之和的3~12倍。

(2)以步骤(1)中使用的分析纯醋酸铜的量为基准，将分析纯的钛酸丁酯和分析纯的乙醇铌或者乙醇钽或者乙醇锑，以Cu:Ti:B摩尔比为3-x:3-x:1+x配料，溶于无水乙醇中，制得均一的溶液；所述无水乙醇体积为钛酸丁酯体积的3~12倍，依据所加原料的不同，B为Nb或者Ta或者Sb。

(3)将步骤(1)制得的溶液加入到步骤(2)制得的溶液中，加入速度为每秒1.5~30毫升，边倾入边搅拌，搅拌速度为30~180转/分钟，倾入完毕以后再搅拌0.1~2小时，得到均匀的溶胶。

(4)往步骤(3)制得的溶胶中滴加去离子水稀释的乙醇，其中去离子水体积为乙醇体积的0.2~2.0倍，滴加的体积为溶胶体积的5~20%，边滴加边搅拌，搅拌速度为20~120转/分钟，搅拌时间为0.2~5小时，得到凝胶。

(5)将步骤(4)所得凝胶静置0.3~10小时，在500~1000℃温度下热处理1~3小时，得到Li[Cu_3-x Li_x][Ti_3-xB_1+x]O₁₂材料，其中B为Nb或者Ta或者Sb，0.1≤x≤0.4。

所述步骤(1)、(2)、(3)和(4)在空气中或者充满干燥氮气或者干燥惰性气体的手套箱中进行。

所述步骤(2)中的乙醇锑能够用乙二醇锑代替。

本发明的有益效果是：本发明以溶胶凝胶法制备出Li[Cu_3-x Li_x][Ti_3-xB_1+x]O₁₂材料，开发了一种新型的锂离子导体材料，所制得材料结构稳定，对CO₂和水不敏感，克服了现有材料对二氧化碳和水敏感性的问题，降低了材料制备的温度。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的Li[Cu_2.8 Li_0.2][Ti_2.8Nb_1.2]O₁₂粉体的XRD图谱。

图2为本发明实施例2制备的Li[Cu_2.85 Li_0.15][Ti_2.85Ta_1.15]O₁₂粉体的介电频谱。