一種類球形鈦酸鋰負極材料的熔鹽制備方法
【專利摘要】類球形鈦酸鋰負極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池負極材料【技術領域】。步驟如下：將銳鈦礦結構的TiO2、Li2CO3原料按摩爾比5:2混合，加入無水乙醇，研磨1小時；將TiO2-Li2CO3混合物與LiCl-KCl熔鹽手工研磨1小時；其中混合物中TiO2與LiCl-KCl熔鹽的Cl摩爾比為5：(2-4)；將上述TiO2-Li2CO3-LiCl-KCl混合物在600-800℃下煅燒8-24小時，自然冷卻；將反應產物離心、過濾洗滌，烘干。得到純凈的類球形Li4Ti5O12負極材料。本發(fā)明工藝簡單，可重復性高。該材料具有良好的電化學性能，適合用作鋰離子電池負極材料。
【專利說明】一種類球形鈦酸鋰負極材料的熔鹽制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種類球形鈦酸鋰負極材料及制備方法，屬于鈦酸鋰負極材料技術領 域。

【背景技術】
[0002] 隨著全球能源危機的日益嚴重，人們對于電動汽車的需求逐漸增大。鋰離子電池 的發(fā)展越來越得到人們的關注。當前，商品化的鋰離子電池負極材料大多采用石墨。但是， 石墨在充放電過程中易產生鋰枝晶，這會影響電池的安全性和循環(huán)穩(wěn)定性。而尖晶石結構 的鈦酸鋰（Li 4Ti5012)在充放電過程中結構幾乎不發(fā)生變化，因此被譽為"零應變"材料。此 夕卜，Li 4Ti5012具有較好的充放電平臺，理論比容量為175mAh/g，且原料價格便宜、易于制備。 因此，Li 4Ti5012已經成為鋰離子電池負極材料的研究重點。
[0003] 目前，Li4Ti5012的制備方法有高溫固相法、高能球磨法、溶膠-凝膠法，溶劑熱法、 微波法等。高溫固相法工藝簡單，但原料混合不易均勻，反應速度慢，需要較高的溫度和時 間，能耗大。與高溫固相法相比，液相法反應溫度較低，時間較短，但反應過程復雜，制備條 件要求較高，這會造成成本的增加。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對上述技術的不足，提出了一種制備類球形結構Li4Ti 5012· 離子電池負極材料的方法。該材料由熔鹽法制備而成。在熔鹽環(huán)境中，反應溫度較低，限制 了 Li4Ti5012顆粒的生長。其工藝簡單，成本低廉，適合于大規(guī)模生產應用。該材料由納米級 的顆粒組成，具有較大的比表面積和優(yōu)異的電化學性能。
[0005] 本發(fā)明所提供的類球形Li4Ti5012負極材料的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 1)將銳鈦礦結構的Ti02、Li2C03原料按摩爾比5:2混合，加入無水乙醇，研磨1小 時；
[0007] 2)將Ti02-Li2C03混合物與1^1-1((：1熔鹽手工研磨1小時 ；其中優(yōu)選1102-1^2〇)3 混合物中Ti02與LiCl-KCl熔鹽中C1的摩爾比為5 : (2-4);
[0008] 3)將上述Ti02-Li2C03_LiCl-KCl混合物在600-800°C下煅燒8-24小時，自然冷 卻；
[0009] 4)將反應產物離心、過濾洗漆，烘干，得到純凈的類球形Li4Ti5012負極材料。
[0010] 優(yōu)選LiCl-KCl熔鹽中LiCl與KC1的摩爾比為1:1。
[0011] 本發(fā)明的有益之處在于：可以得到一種均勻的具有類球形結構的Li4Ti50 12負極材 料。本發(fā)明工藝簡單，原料成本低，對環(huán)境無污染，可重復性高，適合于工業(yè)化生產。采用 LiCl-KCl混合熔鹽，降低了反應溫度，熔鹽環(huán)境利于形核，同時抑制晶粒生長，所得產品的 粒徑范圍為200-400nm。該類球形結構的Li 4Ti5012負極材料具有優(yōu)異的電化學性能，是一 種有潛力的鋰離子電池負極材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實施例3所制備的類球形結構Li4Ti50 12負極材料的X射線衍射 (XRD)圖譜；
[0013] 圖2為本發(fā)明實施例3所制備的類球形結構Li4Ti50 12負極材料的掃描電鏡（SEM) 照片；
[0014] 圖3為本發(fā)明實施例3所制備的類球形結構Li4Ti50 12負極材料的恒流充放電曲 線。

【具體實施方式】 [0015] （有沒有其他實施例的測試，可以放上）
[0016] 下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明的實質性特點和顯著優(yōu)點，本 發(fā)明決非僅局限于所陳述的實施例。
[0017] 以下實施例中，均采用德國Bruker公司Advance D-8X射線粉末衍射儀（Cu Κα福 射，λ=1.5406Α )測定所制備粉體的結構；采用Hitachi S-4800場發(fā)射電子顯微鏡測定所 制備粉體的微觀形貌。電池性能測試采用ARBIN公司的BT2000型號的電池測試系統(tǒng)。所 用組裝電池為扣式模型電池（CR2032型鈕扣電池）是由正極殼、正極片、電解液、隔膜、負極 片、集電器、支撐片、負極殼幾部分組成。其中以Li 4Ti5012作為正極，以金屬鋰片作為負極， 1M LiPF6的有機物溶液（DMC :EC = 1 :1)作為電解液，微孔聚丙烯膜（Celgard-2400)作為 隔膜。以下實施例優(yōu)選LiCl-KCl熔鹽中LiCl與KC1的摩爾比為1:1。
[0018] 實施例1 :
[0019] 1)將銳鈦礦結構的Ti02，Li2C03原料按摩爾比5:2混合。加入無水乙醇，手工研磨 1小時；
[0020] 2)將Ti02-Li2C03混合物與1^1-1((：1熔鹽手工研磨1小時。其中其中110 2-1^2〇)3 混合物中Ti02與LiCl-KCl熔鹽中C1的摩爾比為5 :2 ;
[0021] 3)將上述Ti02-Li2C03_LiCl-KCl混合物在600°C下煅燒12小時，自然冷卻；
[0022] 4)將反應產物離心、過濾洗漆，烘干。得到純凈的類球形Li4Ti50 12負極材料。
[0023] 實施例2 :
[0024] 1)將銳鈦礦結構的Ti02, Li2C03原料按摩爾比5:2混合。加入無水乙醇，手工研磨 1小時；
[0025] 2)將Ti02-Li2C03混合物與LiCl-KCl熔鹽手工研磨1小時。其中Ti0 2-Li2C03混 合物中Ti02與LiCl-KCl熔鹽中C1的摩爾比為5 :4 ;
[0026] 3)將上述Ti02-Li2C03_LiCl-KCl混合物在600°C下煅燒12小時，自然冷卻；
[0027] 4)將反應產物離心、過濾洗漆，烘干。得到純凈的類球形Li4Ti50 12負極材料。
[0028] 實施例3 :
[0029] 1)將銳鈦礦結構的Ti02，Li2C03原料按摩爾比5:2混合。加入無水乙醇，手工研磨 1小時；
[0030] 2)將Ti02-Li2C03混合物與LiCl-KCl熔鹽手工研磨1小時。其中Ti0 2-Li2C03混 合物中Ti02與LiCl-KCl熔鹽中C1的摩爾比為5 :2 ;
[0031] 3)將上述Ti02-Li2C03_LiCl-KCl混合物在800°C下煅燒12小時，自然冷卻；
[0032] 4)將反應產物離心、過濾洗漆，烘干。得到純凈的類球形Li4Ti50 12負極材料。
[0033] 實施例4 :
[0034] 1)將銳鈦礦結構的Ti02, Li2C03原料按摩爾比5:2混合。加入無水乙醇，手工研磨 1小時；
[0035] 2)將Ti02-Li2C03混合物與LiCl-KCl熔鹽手工研磨1小時。其中Ti0 2-Li2C03混 合物中Ti02與LiCl-KCl熔鹽中C1的摩爾比為5 :2 ;
[0036] 3)將上述Ti02-Li2C03_LiCl-KCl混合物在800°C下煅燒24小時，自然冷卻；
[0037] 4)將反應產物離心、過濾洗漆，烘干。得到純凈的類球形Li4Ti50 12負極材料。
[0038] 由圖1的X射線衍射圖譜可以看到，類球形結構Li4Ti50 12負極材料所有的衍射峰 都可以和尖晶石結構Li4Ti5012的標準卡片完全對應。
[0039] 由圖2的SEM圖可觀察到，尖晶石結構Li4Ti50 12為類球形，顆粒尺寸為200-400nm 之間。
[0040] 由圖3的恒流充放電圖可觀察到，類球形結構Li4Ti50 12負極材料表現出了良好的 電化學性能。
【權利要求】
1. 類球形Li4Ti5012負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 將銳鈦礦結構的Ti02、Li2C03原料按摩爾比5:2混合，加入無水乙醇，研磨1小時； 2) 將Ti02-Li2C03混合物與1^(：1-1((：1熔鹽手工研磨1小時 ； 3) 將上述Ti02-Li2C03_LiCl-KCl混合物在600-800°C下煅燒8-24小時，自然冷卻； 4) 將反應產物離心、過濾洗滌，烘干，得到純凈的類球形Li4Ti5012負極材料。
2. 按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟2)中Ti02-Li2C03混合物中Ti0 2與 LiCl-KCl熔鹽中C1的摩爾比為5 : (2-4)。
3. 按照權利要求1的方法，其特征在于，LiCl-KCl熔鹽中LiCl與KC1的摩爾比為1:1。
4. 按照權利要求1-3的任一方法制備得到的類球形Li4Ti5012負極材料。
【文檔編號】H01M4/485GK104091938SQ201410306558
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】汪浩, 鄧思旭, 傅叢叢, 嚴輝, 劉晶冰, 朱滿康 申請人:北京工業(yè)大學