本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池自1991年商業(yè)化以來已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等各種便攜式電器。近年來，隨著混合動力汽車及純電動汽車的迅猛發(fā)展，人們對作為動力電源的鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命以及安全性提出了更高要求。

目前，商業(yè)化鋰離子電池的負(fù)極活性材料主要是各種石墨類炭材料，而石墨負(fù)極在大電流充放電條件下容易析出鋰枝晶，存在安全隱患。與石墨類負(fù)極材料相比，尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂作為鋰離子電池負(fù)極材料具有循環(huán)壽命更長和安全性更高的優(yōu)點(diǎn)，因而引起了人們極大的關(guān)注和重視。

鈦酸鋰的制備原料包括鋰源和鈦源，而二氧化鈦常作為制備尖晶石結(jié)構(gòu)鈦酸鋰原料中的鈦源，如中國專利號CN201510170549.X公開了一種鈦酸鋰材料的制備方法、鈦酸鋰負(fù)極極片及鋰離子電池，其中所用的鈦源為納米二氧化鈦，中國專利號CN 201410673307.8公開了一種制備碳包覆鈦酸鋰負(fù)極材料的制備方法，所用的鈦源為二氧化鈦，制備鈦酸鋰所需的二氧化鈦為銳鈦礦型，目前市場上已有的二氧化鈦多用于油漆、涂料、精細(xì)陶瓷等領(lǐng)域，大部分是顏料級的金紅石型二氧化鈦，金紅石型TiO2的工藝成熟，批次穩(wěn)定性好，而對于鋰電專用的銳鈦礦型二氧化鈦，用量較少，工藝不成熟，因此，原料中銳鈦礦型TiO2的批次穩(wěn)定性不好，導(dǎo)致生產(chǎn)的鈦酸鋰批次穩(wěn)定性差，也影響鈦酸鋰電化學(xué)性能的發(fā)揮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決以上技術(shù)問題，提供一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料及其制備方法，以二氧化鈦的中間體偏鈦酸為鈦源制備鈦酸鋰電極材料，使制得的鈦酸鋰電極材料具備優(yōu)異的充放電循環(huán)性能，滿足鋰離子電池負(fù)極材料的要求。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料，原料包括偏鈦酸TiO(OH)₂、鋰鹽Li_xM和金屬硝酸鹽添加劑R_yNO₃，其中，Li：Ti＝0.8-0.85：1，R：Ti＝0.015-0.025：1，所述M為碳酸根離子或氫氧根離子，R為金屬離子，x為1-2，y為0.25-1。

進(jìn)一步地，所述偏鈦酸的固含量為30％-60％。

進(jìn)一步地，所述鋰鹽為碳酸鋰和氫氧化鋰中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述金屬硝酸鹽添加劑為Mg、Zr、Na、Zn的金屬硝酸鹽中的至少一種。

上述偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料的制備方法，包括以下步驟：將偏鈦酸、鋰鹽和金屬硝酸鹽添加劑混合攪拌均勻，干燥，煅燒，冷卻，得到鈦酸鋰電極材料。

進(jìn)一步地，所述混合攪拌時(shí)間為1-3h。

進(jìn)一步地，所述干燥通過噴霧干燥、真空干燥、鼓風(fēng)干燥中的至少一種進(jìn)行。

進(jìn)一步地，所述煅燒包括在400-600℃下預(yù)燒和700-900℃下二次燒成。

進(jìn)一步地，所述預(yù)燒的時(shí)間為1-6h，二次燒成的時(shí)間為1-6h。

本發(fā)明鈦酸鋰電極材料的原料包括偏鈦酸TiO(OH)₂、鋰鹽Li_xM和金屬硝酸鹽添加劑R_yNO₃，其中，Li和Ti的摩爾比為0.8-0.85：1，R和Ti的摩爾比為0.015-0.025：1，將原料混合攪拌均勻，干燥，煅燒，冷卻，得到鈦酸鋰電極材料。

本發(fā)明一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)和優(yōu)異的效果在于：

1.本發(fā)明以二氧化鈦的中間體偏鈦酸為鈦源制備鈦酸鋰電極材料，使制得的鈦酸鋰電極材料具備優(yōu)異的充放電循環(huán)性能，滿足鋰離子電池負(fù)極材料的要求。

2.本發(fā)明的鈦酸鋰電極材料為尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰負(fù)極材料，兼具高容量、高倍率和優(yōu)異的充放電循環(huán)性能。

3.本發(fā)明的制備方法簡單，制備成本低，制得的鈦酸鋰電極材料性能優(yōu)異，對促進(jìn)鋰電池的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。

附圖說明

圖1為實(shí)施例5得到的鈦酸鋰電極材料的充放電曲線；

圖2為實(shí)施例5得到的鈦酸鋰電極材料的循環(huán)曲線；

圖3為實(shí)施例3得到的鈦酸鋰電極材料和純相鈦酸鋰的放電倍率曲線。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施方式和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

實(shí)施例1

一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料：原料包括偏鈦酸TiO(OH)₂、碳酸鋰Li₂CO₃和硝酸鎂Mg(NO₃)₂，其中，Li：Ti＝0.8-0.85：1，Mg：Ti＝0.015：1，將原料混合攪拌1h，噴霧干燥，在400℃下預(yù)燒6h，然后在700℃下二次燒成6h，冷卻，得到鈦酸鋰電極材料；所述偏鈦酸的固含量為30％。

實(shí)施例2

一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料：原料包括偏鈦酸TiO(OH)₂、碳酸鋰Li₂CO₃、氫氧化鋰LiOH、硝酸鈉NaNO₃和硝酸鋅Zn(NO₃)₂，其中，Li：Ti＝0.85：1，(Na+Zn)：Ti＝0.025：1，將原料混合攪拌3h，真空干燥，在600℃下預(yù)燒1h，然后在900℃下二次燒成1h，冷卻，得到鈦酸鋰電極材料；所述偏鈦酸的固含量為60％。

實(shí)施例3

一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料：原料包括偏鈦酸TiO(OH)₂、碳酸鋰Li₂CO₃和硝酸鋯Zr(NO₃)₄，其中，Li：Ti＝0.82：1，Zr：Ti＝0.02：1，將原料混合攪拌3h，鼓風(fēng)干燥，在500℃下預(yù)燒2h，然后在800℃下二次燒成3h，冷卻，得到鈦酸鋰電極材料；所述偏鈦酸的固含量為40％。

實(shí)施例4

一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料：原料包括偏鈦酸TiO(OH)₂、碳酸鋰Li₂CO₃、硝酸鎂Mg(NO₃)₂和硝酸鋯Zr(NO₃)₄，其中，Li：Ti＝0.83：1，(Mg+Zr)：Ti＝0.022：1，將原料混合攪拌2h，依次進(jìn)行噴霧干燥、真空干燥，在550℃下預(yù)燒3h，然后在700℃下二次燒成5h，冷卻，得到鈦酸鋰電極材料；所述偏鈦酸的固含量為48％。

實(shí)施例5

一種偏鈦酸為鈦源的鈦酸鋰電極材料：原料包括偏鈦酸TiO(OH)₂、碳酸鋰Li₂CO₃和硝酸鋯Zr(NO₃)₄，其中，Li：Ti＝0.81：1，Zr：Ti＝0.018：1，將原料混合攪拌2.5h，鼓風(fēng)干燥，在600℃下預(yù)燒2h，然后在800℃下二次燒成3h，冷卻，得到鈦酸鋰電極材料；所述偏鈦酸的固含量為55％。

將實(shí)施例1-5得到的鈦酸鋰電極材料做放電比容量檢測，檢測結(jié)果如表1：

表1實(shí)施例1-5的鈦酸鋰電極材料的放電比容量檢測表

將實(shí)施例5得到的鈦酸鋰電極材料做充放電實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1和圖2，圖1為鈦酸鋰電極材料的充放電曲線，圖2為鈦酸鋰電極材料的循環(huán)曲線；將實(shí)施例3得到的鈦酸鋰電極材料和純相鈦酸鋰做放電倍率測試，結(jié)果如圖3，圖3為鈦酸鋰電極材料和純相鈦酸鋰的放電倍率曲線。