[发明专利]一种吸湿低、产气少的钛酸锂负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种吸湿低、产气少的钛酸锂负极材料的制备方法，其步骤为：使用水热法将钛源和锂盐制备出钛酸锂前驱体，冷却后清洗，然后再将钛酸锂前驱体经过高温煅烧处理得到钛酸锂粉末；将钛酸锂粉末溶于去离子水中形成钛酸锂溶液，再加入PVP水溶液，搅拌混合、加热，使钛酸锂与PVP在液相中进行包覆反应；将反应物真空干燥即得到了PVP包覆的钛酸锂材料。本发明采用水热法制备的钛酸锂粉末材料从原材料端降低了钛酸锂的pH值，从而减弱材料的吸水性，能有效地抑制其产气。然后使用PVP对钛酸锂进行表面成膜包覆，降低钛酸锂表面残碱、削弱了Ti⁴⁺对电解液的催化作用，避免电解液在钛酸锂表面被还原分解而产气。

技术领域

本发明属于储能材料制备与应用领域，特别涉及到一种吸湿低、产气少的锂离子电池用钛酸锂负极材料的制备方法。

背景技术

钛酸锂“零应变材料”由于具有优越的循环性能、良好的倍率性和可靠的安全性，正被越来越多地应用在锂离子电池中。钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，Li⁺扩散系数为2*10^-8cm²/S，是在石墨中扩散的10倍以上，使其具有明显的快充优势和良好的高低温性能；加之安全性好、寿命长、绿色环保，使其在电动客车、储能、高功率设备等领域具有广阔的应用空间。尤其是在储能领域，随着我国电力体制改革不断深化和能源互联网兴起、“三北”地区调峰调频需求的增加以及弃风弃光问题的凸显，储能在可再生能源消纳、分布式发电和微网等领域的应用价值越来越受重视。不同于动力电池，储能电池更加看重电池的长寿命、低成本和高安全的性能，所以钛酸锂储能电池的优势十分明显。但同时钛酸锂也有着自身的缺陷，比如产气问题，钛酸锂与电解液接触易发生反应并在循环中持续产气，导致电芯鼓包、性能下降，使用寿命大大缩短。同时钛酸锂pH值较高，在空气中易吸水，而水分高又会进一步加剧产气问题，所以钛酸锂使用时对环境管控要求严格，导致其生产成本上升。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，改善钛酸锂电芯体系的胀气问题，本发明提供了一种吸湿低、产气少的锂离子电池用钛酸锂负极材料的制备方法。所要解决的问题是LTO表面残碱高，pH值大、碱性强、吸湿性强的问题，同时易在高温下产气等不足问题，从而提供了一种简单、环保、低成本的LTO/PVP复合材料的制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种吸湿低、产气少的钛酸锂负极材料的制备方法，其步骤如下：

（1）使用水热法将钛源和锂盐制备出钛酸锂前驱体，冷却后清洗，然后再将钛酸锂前驱体经过高温煅烧处理得到钛酸锂粉末；

（2）将钛酸锂粉末溶于去离子水中形成钛酸锂溶液，再加入PVP水溶液，搅拌混合、加热，使钛酸锂与PVP在液相中进行包覆反应；

（3）将反应物真空干燥即得到了PVP包覆的钛酸锂材料。

进一步方案，步骤（1）中所述钛源为偏钛酸或钛酸丁酯，锂盐为醋酸锂；所述锂盐和钛源中Li/Ti的摩尔比为0.82~0.88。

进一步方案，步骤（1）中所述水热法温度为150~180℃、反应时间为16~24h；所述清洗是用弱酸和去离子水依次清洗钛酸锂前驱体3~5次。

进一步方案，步骤（1）中所述钛酸锂前驱体的高温煅烧处理的温度为600~800℃，煅烧的升温速率为4℃/min。

进一步方案，步骤（2）中所述PVP水溶液的浓度为0.1~0.5mol/L，pH值为4~7；钛酸锂溶液的浓度为0.5~2mol/L，pH值小于11。

进一步方案，步骤（2）中所述包覆反应是在50~80℃的水浴中边加热、边搅拌中进行，反应时间为1~6h。

进一步方案，步骤（3）中所述真空干燥的温度为60℃。