[发明专利]一种尖晶石型钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备方法，特别是涉及表面活性剂辅助溶胶-凝胶法制备尖晶石型钛酸锂的制备方法。

背景技术

随着全球经济的发展，汽车数量急剧增加，汽车燃油造成的环境污染已经引起全世界的普遍关注；另外，目前世界石油资源日益紧缺，石油价格居高不下。因此，各国政府和各大汽车制造商都在加紧研发零排放、或者低排放、低耗能的汽车。电动汽车是零排放汽车，是21世纪的绿色交通工具。电动汽车要想得到高速发展，高性能、低成本的电池及其相关材料的发展对其起关键作用。目前正在使用和开发的动力电池主要有：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池。其中，锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、自放电率小、循环寿命长、无记忆效应等优点成为最有可能达到电动车要求的电源。

对电动车来说，安全是一个关键的问题。现有的锂离子电池主要采用碳材料做负极，但碳负极材料缺乏固有的安全性，主要是因为：(1)碳材料脱嵌锂的电位与金属锂的电位很接近，在电池发生过充时，金属锂会在碳电极表面析出形成锂枝晶，枝晶会刺透隔膜引起电池内部短路，进而引发电池起火甚至爆炸；(2)碳材料的倍率性能差；(3)碳材料的电压曲线上没有充电结束的标志。因此，必需寻求一种新的负极材料替代碳材料用于电动车上。

钛酸锂相对于锂电极的电位为1.55V(Li/Li⁺)，嵌锂电位高不易引起金属锂的析出；钛酸锂是零应变材料，循环性能好；钛酸锂可以进行大电流充放电；另外，钛酸锂具有明显的充放电平台，充放电结束时具有明显的电压变化，适合用于电动汽车。因此，钛酸锂是理想的动力锂离子电池负极材料。

目前合成钛酸锂的方法主要有高温固相法和溶胶-凝胶法等，其中，溶胶-凝胶法合成钛酸锂主要以钛酸四正丁酯为或者(四)异丙醇钛等有机物为钛源，CH₃COOLi·2H₂O或者LiNO₃为锂源，有机溶剂(无水乙醇或者异丙醇)为反应介质，这种方法具有煅烧温度低，合成材料粒径小且均一，材料比表面积大，材料电化学性能良好等优点，但采用溶胶-凝胶法制备钛酸锂的过程中很容易出现钛盐的水解沉淀。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供了一种不会出现钛盐的水解沉淀现象的尖晶石型钛酸锂的制备方法；该方法制备出来的尖晶石型钛酸锂材料不仅物理性质能达到要求，而且电化学性能也较传统方法制备出来的尖晶石型钛酸锂材料高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种尖晶石型钛酸锂的制备方法；包括如下制备步骤：

步骤A、将钛源按照体积比1∶4～10溶于无水乙醇，搅拌得到溶液I；

步骤B、将锂源、表面活性剂、去离子水和丙烯酸以超声分散的方式分散到无水乙醇中；其中所述锂源和表面活性剂的质量总和与无水乙醇的质量比为1∶15～30，按照物质的量计算，n_Ti∶n_Li＝1∶0.8～0.88，n_Ti∶n_H2O＝1∶2～3.5，n_Ti∶n_丙烯酸＝1∶0.5～1.5；

步骤C、将步骤B中的液体转移到容器I中搅拌1h得到溶液II；

步骤D、将步骤A中所得的溶液转移到滴液漏斗中，剧烈搅拌下将溶液I缓慢滴加到容器I中的溶液II中，直到搅拌形成无色透明的凝胶；

步骤E、将步骤D中所得凝胶置于60～100℃的烘箱中干燥16-20h，制得干凝胶；

步骤F、将步骤E中所得干凝胶研磨15～25min后置于400～600℃的马弗炉中预烧5～10h；

步骤G、将步骤F中的预烧物研磨25～35min、压片，置于700～800℃马弗炉中煅烧12～20h；

步骤H、将步骤G中的煅烧物冷却至室温，研磨15～25min得到所述尖晶石型钛酸锂；

其中，步骤A中所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。

较佳地，步骤A中所述表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或者几种的混合物。

较佳地，步骤A中所述锂源选为硝酸锂(LiNO₃)、乙酸锂(CH₃COOLi·2H₂O)中的一种或者两种的混合物。

较佳地，步骤C中所述钛源为钛酸四正丁酯或者(四)异丙醇钛。