[发明专利]一种基于钛酸锂异质结构的高安全储锂材料的制备方法

说明书

本发明提供一种基于钛酸锂异质结构的高安全储锂材料的制备方法，属于锂离子电池电极材料制备的技术领域。发明首先对含有钛源和锂源的溶液进行静电纺丝，然后在氩气气氛下进行碳化处理，得到含有LTO/RT异质结构的钛酸锂纳米棒复合材料。该方法操作简单，合成的纳米棒状特殊结构可以缩短锂离子的扩散路径，粗糙的表面可以暴露更多的活性位点；同时非化学计量比的钛源和锂源在材料内部产生了LTO/RT的异质结构，通过内建电场的建立提高电子导电性，有效的缓解了LTO导电性低的问题，从而提升了材料的电化学性能，并且温度传感测试表明了该电极材料有着高安全性，适合规模化生产和应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种基于钛酸锂异质结构的高安全储锂材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种先进的储能设备，由于其能量密度高，已经成为了便携式电子设备和电动汽车储能不可缺少的一部分。作为电池重要的组成部分，负极材料直接影响电池性能。目前已经商业化的锂离子电池负极为石墨材料，为嵌入脱出的反应机理，在循环过程中会出现较严重的体积膨胀；同时由于嵌锂电位低，容易析出锂枝晶造成电池短路而引发安全事故。

钛酸锂(LTO)是另一种常见的负极材料。一方面，它具有较高的嵌锂电位可以减少锂枝晶的产生，从而提高安全性；另一方面，它在脱嵌锂的过程中体积变化非常小，被称为“零应变”材料，使其具有优良的循环稳定性。虽然LTO在锂离子电池中的应用潜力很大，但是其电导率低，高倍率性能差，在一定程度上阻碍了其发展。目前关于提高LTO的导电性的方法主要为碳包覆，但通常涉及复杂多步的合成过程。专利CN101752560B和CN 104577092A公开了将LTO与不同的非活性碳材料进行复合提高导电性的方法，而碳材料的引入容易降低材料的振实密度。

发明内容

本发明的目的在于，提高材料的电子电导与离子输运性能，从而提供导电性，同时解决现有技术大量碳材料的引入降低了材料的振实密度的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于钛酸锂异质结构的高安全储锂材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.1-0.16g的95％的醋酸锂(C₂H₃O₂Li)溶解在含有2mL无水乙醇和1m L的冰醋酸(C₂H₄O₂)溶液中，然后加入0.9712g的98％的四异丙醇钛(TTIP；液体)搅拌均匀，标记为溶液A；

步骤2：将分子量为130万的PVP溶解在2mL无水乙醇中，标记为溶液B；

步骤3：在磁力搅拌机上搅拌溶液A，并且将溶液B缓慢倒入溶液A中持续搅拌10分钟；

步骤4：在混合溶液中加入0.2g的六水合硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O)，磁力搅拌下搅拌 3小时；

步骤5：用步骤四的得到的最终溶液在纺丝机上面以15kV的电压，进速0.5mL h^-1得到纤维状的样品，然后在管式炉里面氩气(Ar)气氛下900度煅烧2小时，升温速率2 ℃/min，最终得到具有纳米棒状含异质结的钛酸锂。

作为优选的，所述醋酸锂为0.15g。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明在纺丝纳米纤维前驱体中加入锌盐作为一种常用的造孔剂在纳米棒中形成多孔结构从而增加活性位点的暴露；高于LTO中锂钛化学计量比的锂盐投放量在LTO中引入了金红石TiO₂(RT)，从而于原位构筑了LTO/RT异质结构。在LTO与RT的两相界面处诱导产生内建电场而提高电子导电，有效缓解LTO导电性低的问题。