鈦酸鋰材料及其制備方法、應用其的電極極片、電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦酸鋰材料的制備方法、由該方法制得的鈦酸鋰材料、應用該鈦酸鋰材料的電極極片、及應用該電極極片的鋰離子電池。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池因具有能量密度高、循環(huán)壽命長的特性而被廣泛應用在各類電子產品和電動汽車中。尖晶石結構的鈦酸鋰材料作為鋰離子電池的電極材料，在充放電過程中體積變化小、結構穩(wěn)定、且具有三維結構的鋰離子擴散通道，另外，鈦酸鋰材料的嵌脫鋰電位平臺高，鋰離子在鈦酸鋰晶格內的擴散系數(shù)比石墨大，在快速充電和低溫充電時，鋰離子也不會發(fā)生沉積，因此鈦酸鋰材料具有非常優(yōu)異的循環(huán)可逆性、安全性、低溫充電和快速充電的性能。然而，現(xiàn)有的鈦酸鋰材料的制備方法耗能高、制備工藝復雜且制得的鈦酸鋰材料的循環(huán)性能較差。

【發(fā)明內容】

[0003]有鑒于此，有必要提供一種能耗低且工藝簡單的鈦酸鋰材料的制備方法。
[0004]另，還有必要提供一種由上述鈦酸鋰材料的制備方法制得的鈦酸鋰材料。
[0005]另，還有必要提供一種應用上述鈦酸鋰材料的電極極片。
[0006]另，還有必要提供一種應用上述電極極片的鋰離子電池。
[0007]—種鈦酸鋰材料的制備方法，其包括如下步驟:
a.將鈦的化合物與含有過氧根離子的溶液混合，得到前驅體溶液A；
b.將鋰源化合物溶解于上述前驅體溶液A中，得到前驅體溶液B;
c.烘干所述前驅體溶液B，得到鈦酸鋰前驅體；
d.燒結所述鈦酸鋰前驅體，得到鈦酸鋰。
[0008]—種由上述鈦酸鋰材料的制備方法制得的鈦酸鋰材料，該鈦酸鋰材料是由鈦酸鋰納米晶原位生長而成的緊密實心的微米級的球形鈦酸鋰顆粒，該鈦酸鋰顆粒具有尖晶石結構，該鈦酸鋰顆粒的直徑為1~10μπι，該鈦酸鋰顆粒的比表面積為l~10m2/g，該鈦酸鋰顆粒的振實密度為1.0-2.5g/cm3。
[0009]—種電極極片，該電極極片包括導電基體及附著于該導電基體的上述鈦酸鋰材料。
[0010]一種鋰離子電池，包括正極、負極以及電解液，該鋰離子電池的正極或負極包括上述鈦酸鋰材料。
[0011]本發(fā)明的鈦酸鋰材料的制備方法通過過氧化氫與鈦的化合物反應制備得到[Ti(OH)3O2]離子，并通過稀釋劑與溶劑控制前驅體溶液A的濃度，然后加入鋰源化合物，在加熱烘干的過程中，促進反應生成嵌鋰的T12，并長大成球，然后熱處理得到微米尺寸的鈦酸鋰，該材料振實密度大。制備工藝簡單、耗能低、環(huán)保。另外使用上述方法制得的鈦酸鋰材料用于鋰離子電池的電極時，該鋰離子電池的循環(huán)性能好且穩(wěn)定、電極材料的比容量保持率高、鋰離子電池的倍率性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明較佳實施方式的鈦酸鋰材料的制備方法。
[0013]圖2為實施例1所制得的鈦酸鋰材料的掃描電鏡圖。
[0014]圖3為實施例1所制得的鈦酸鋰材料的X射線衍射圖。
[0015]圖4為應用實施例1所制得的鈦酸鋰材料作為電極材料的鋰離子電池的循環(huán)性能測試結果曲線圖。
[0016]圖5為應用實施例1所制得的鈦酸鋰材料作為電極材料的鋰離子電池的倍率性能測試結果曲線圖。
[0017]主要元件符號說明無
如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0018]請參閱圖1，本發(fā)明的鈦酸鋰材料的制備方法，該鈦酸鋰材料主要用于鋰離子電池的電極(圖未示)中，其包括如下步驟:
步驟SI，將鈦的化合物與含有過氧根離子的溶液混合，得到前驅體溶液A。
[0019]具體的，先將過氧化物及溶劑按照預設的比例混合均勻，得到混合溶液，再將鈦的化合物加入該混合溶液中并攪拌，使鈦的化合物完全溶解，得到所述前驅體溶液A。該過氧化物的物質的量與鈦的化合物中的鈦元素的物質的量的比大于或等于1:1。
[0020]其中，所述過氧化物為過氧化氫。所述溶劑可以是水，較佳為蒸餾水、去離子水、高純水或超純水。所述鈦的化合物包括但不限于氯化鈦、氮化鈦、碳化鈦、及硫酸氧鈦中的一種或幾種。所述前驅體溶液A中生成有[Ti(OH)3O2]離子，生成[Ti(OH)3O2]離子的反應方程式為 Ti4++H202+50H — [Ti (OH) 302] +2H20。
[0021 ] 步驟S2，將鋰源化合物溶解于上述前驅體溶液A中，得到前驅體溶液B。
[0022]具體的，先將一定量的稀釋劑和所述溶劑加入上述前驅體溶液A中并混合均勻，然后加入鋰源化合物并混合均勻，使鋰源化合物完全溶解，得到淡黃色乳狀前驅體溶液B。該稀釋劑和溶劑用于調節(jié)前驅體溶液A的濃度。其中該稀釋劑溶液與溶劑的體積比優(yōu)選為
I:(0.1~10)，該前驅體溶液B中鋰元素與鈦元素的物質的量的比為(4~5):5。該稀釋劑可以為酮類溶液、醇類溶液、醚類溶液、芳香烴類溶液等，其中，該酮類溶液可以為丁酮、丙酮、甲乙酮等，該醇類溶液可以為無水乙醇、乙二醇、異丙醇、甲醇等，該醚類溶液可以為乙醚、環(huán)氧丙烷等，該芳香烴類溶液可以為苯、甲苯、二甲苯等。該鋰源化合物可選自、但不限于醋酸鋰、碳酸鋰、氟化鋰、氫氧化鋰、草酸鋰、及氯化鋰中的一種或幾種。
[0023]步驟S3，烘干所述前驅體溶液B，得到固體鈦酸鋰前驅體，該鈦酸鋰前驅體中含有嵌鋰的Ti02。
[0024]具體的，采用烘干上述前驅體溶液B的方式，使前驅體液體B中的稀釋劑和溶劑全部揮發(fā)，得到固體的鈦酸鋰前驅體。其中，烘干溫度為60°C~150°C，烘干所用時間為1h以上，烘干過程可促進[Ti(OH)3O2]水解生成T12，具體的水解方程式為:2[Ti (OH)3O2] - 2Τ?0 2+2H20+02+2 OH。本實施例中，所述鈦酸鋰前驅體為白色粉體。
[0025]步驟S4，燒結所述鈦酸鋰前驅體，得到鈦酸鋰。
[0026]具體的，將所述鈦酸鋰前驅體置于爐中在保護氣氛下燒結5~15h，其中燒結溫度為500°C~900°C。接著隨爐溫自然冷卻至室溫，即得到鈦酸鋰。該保護氣氛為常規(guī)使用的氬氣等惰性氣體。該鈦酸鋰是由鈦酸鋰納米晶原位生長而成的緊密實心的微米級的球形鈦酸鋰顆粒(下稱微米球形鈦酸鋰顆粒)，該微米球形鈦酸鋰顆粒具有尖晶石結構。該微米球形鈦酸鋰顆粒的直徑為1~10 μπι，比表面積為l~10m2/g，振實密度為1.0-2.5g/cm3。
[0027]所述鈦酸鋰材料的制備方法，通過過氧化氫溶液與鈦的化合物反應制備得到[Ti(OH)3O2]，再加入鋰的化合物，在加熱烘干條件下與[Ti(OH)3O2]反應，制得的嵌鋰的二氧化鈦，該嵌鋰的二氧化鈦具有較大的粒徑，能夠得到尺寸較大的微米球形的鈦酸鋰顆粒，且所制得的鈦酸鋰材料的振實密度較大。
[0028]將利用上述方法制備得的鈦酸鋰材料用于鋰離子電池的電極材料時，該鋰離子電池在10C/10C的充放電條件下循環(huán)500周后，電池的電極材料的比容量保持率在90%以上，1C的充放電容量為100.2-150.1mAh/g。
[0029]下面通過具體實施例來對本發(fā)明做進一步說明。
[0030]實施例1
將28ml去離子水、16ml質量分數(shù)為20%~30%的雙氧水混合均勻，得到混合溶液。
[0031]將0.5g的氮化鈦加入上述混合溶液中，攪拌使其完全溶解，得到前驅體溶液A。
[0032]將50ml質量分數(shù)為99.9%的異丙醇和10ml去離子水加入上述前驅體溶液A中并混合均勻，接著加入0.3g的氟化鋰并混合均勻，使氟化鋰完全溶解，得到淡黃色乳狀前驅體溶液B。
[0033]將前驅體溶液B置于80°C下24h，使前驅體溶液B被烘干，得到白色的鈦酸鋰前驅體。
[0034]將所述鈦酸鋰前驅體置于爐中在氬氣保護氣氛、750°C下燒結7h。接著隨爐溫自然冷卻至室溫，即得到鈦酸鋰材料，該鈦酸鋰材料為微米球形的鈦酸鋰顆粒。
[0035]實施例2
將40mL去離子水、12mL質量分數(shù)為20%~30%的雙氧水混合均勻，得到混合溶液。
[0036]將0.25g的碳化鈦加入上述混合溶液中，攪拌使碳化鈦完全溶解，得到前驅體溶液A0
[0037]將10ml質量分數(shù)為99.9%的異丙醇和10ml去離子水加入上述前驅體溶液A中并混合均勻，接著加入0.3g的氫氧化鋰并混合均勻，使氫氧化鋰完全溶解，得到淡黃色乳狀前驅體溶液B。
[0038]將前驅體溶液B置于80°C下36h，使前驅體溶液B被烘干，得到白色的鈦酸鋰前驅體。
[0039]將所述鈦酸鋰前驅體置于爐中在氬氣保護