[发明专利]一种锂离子电池基于MIL-125(Ti)的钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池基于MIL‑125(Ti)的钛酸锂负极材料。该负极材料首先将金属‑有机框架MIL‑125(Ti)作为最初模板热解为圆盘形TiO₂，再将该圆盘形TiO₂与锂源通过溶剂热反应得到钛酸锂前驱体，最后再将钛酸锂前驱体煅烧得到钛酸锂负极材料。本发明通过引入金属‑有机框架为最初模板，获得的圆盘形钛酸锂负极材料具有大的比表面积，使钛酸锂更好地与电解液结合，增加钛酸锂中锂离子的传输通道和储锂位点，以提高电子电导率和离子电导率，提高电池的输出功率密度，而且还可以提高钛酸锂材料的结构稳定性，从而得到循环性较好、容量较高、能量密度较大的钛酸锂负极材料。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池基于MIL-125(Ti)的钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在20世纪初由日本的SONY公司率先研制成功并实现了商业化，经过了一个多世纪的探索和开发，现在的锂离子电池质量比能量可达到100-150W·h·kg^-1，体积比能量可达到240-253W·h·L^-1，比传统的镉镍电池、氢镍电池要高，而且平均工作电压高达3.6V，因而锂离子电池被认为是未来最具有发展潜力的电池之一。目前商业化锂离子电池负极材料主要采用碳材料，包括石墨类碳材料和无定形碳材料。虽然碳负极材料已经成功应用于锂离子电池，但是它首次库伦效率低，体积变化大，且有机溶剂会随锂离子共同嵌入石墨片层，导致石墨材料逐渐被剥离。为克服碳材料的缺陷，人们开始研究各种新型负极材料来取代碳材料，其中钛酸锂是最受瞩目的锂离子电池负极材料之一，值得深入研究和探讨。钛酸锂负极材料结构稳定，充放电过程中几乎不发生体积变化，被称为“零应变”材料，所以循环性能非常好，使用寿命长，且放电平台稳定，库伦效率高。但同时它也存在比容量低，导电性差，倍率性能不佳等缺点。

目前钛酸锂的合成方法主要有高温固相法、溶胶-凝胶法、微波合成法以及水热/溶剂热法等。钛酸锂材料的研究集中在复合改性和制备工艺的改进上。

钛酸锂负极材料主要具有以下优点：(1)安全性好：钛酸锂的电势高于金属锂的电势，在充/放电过程中不会产生锂枝晶；(2)正常温度下可适用：在零下30℃—60℃下可以安全的完成充/放电；(3)循环性能好：具有“零应变”的特点，在电池充/放电的过程中不会有钝化反应(生成SEI膜)发生，在经历上万次充放电循环容量保持率仍然很高；(4)能够保证电池的快速充/放电：钛酸锂相对于石墨电极而言，其电池运作的离子迁移率要高很多。但同时它也存在较低的电导率和倍率性能不佳等缺点。

发明内容

本发明针对钛酸锂负极材料的重复性差和倍率性能，提供一种工艺过程简单、安全性高、稳定性好的锂离子电池基于MIL-125(Ti)的钛酸锂负极材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂离子电池基于MIL-125(Ti)的钛酸锂负极材料，将金属-有机框架MIL-125(Ti)作为最初模板热解为圆盘形TiO₂，再将该圆盘形TiO₂与锂源通过溶剂热法反应得到钛酸锂前驱体，最后再将钛酸锂前驱体煅烧得到钛酸锂负极材料。

一种锂离子电池基于MIL-125(Ti)的钛酸锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先分别称取对苯二甲酸和量取N，N-二甲基甲酰胺、甲醇以及钛酸四异丙酯于烧杯中，搅拌混合均匀后将其置于反应釜中进行溶剂热反应；然后对其进行离心、洗涤、干燥，得到白色粉末MIL-125(Ti)；随后将其白色粉末MIL-125(Ti)在电阻炉中热解得到白色TiO₂粉末；

(2)将锂源和步骤(1)制备的白色TiO₂粉末置于乙醇中进行搅拌，待溶液搅拌呈乳白色时将其转移至反应釜中并放入烘箱进行溶剂热反应，冷却后离心、洗涤、干燥得到钛酸锂前驱体材料；