[发明专利]高振实密度球形钛酸锂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，具体涉及一种高振实密度球形钛酸锂材料的制备。

背景技术

能源危机和环境污染问题是当前社会所面临的重要问题，这些问题使得节能和环保成为社会关注的主要方向，也必然促使新能源及储能电池的快速发展。

储能电池主要包括有铅酸电池、镍氢电池以及锂离子电池。铅酸电池具有成本低廉、技术成熟、安全性高、可以大电流放电等优点，在目前动力电池市场上仍然占有很大的优势。但是，铅酸电池制备过程中的环境污染问题一直是制约其发展的瓶颈。镍氢电池作为绿色电源，具有能量密度较高、无镉金属污染、支持大电流充放电、使用寿命长等优点，成为HEV的主要电源之一。但是镍氢电池仍然存在一些缺点，如较低的单体电压、自放电损耗大、电池成本高、对使用环境温度敏感等，造成其在实际应用中受到一些限制。与铅酸电池和镍氢电池相比，锂离子电池作为一种新兴的储能设备，具有更多的优点，如工作电压高、能量密度高、循环性能好、使用寿命长、工作环境范围宽、无记忆效应及绿色环保等。就电化学性能提高潜力和应用前景方面来看，锂离子电池最具有优势，是未来储能电池发展的方向。

锂离子电池多采用碳材料作为负极材料，但是传统碳负极材料不能很好的满足锂离子电池的安全需求。这是由于碳电极和金属锂电极的电位很相近，在电池过充电的情况下，碳电极表面能析出金属锂形成枝晶，刺破隔膜造成电池短路，使得电池的循环寿命缩短和安全性能下降。此外，在充电过程中，电解液在碳电极表面发生还原分解反应，形成固体-电解质界面(SEI)，消耗电解液。基于提高锂离子电池的电化学性能和安全性，除了碳负极材料外，硅基材料、氧化物、硫化物、锡基合金等材料都被应用为负极材料，但这些材料没有获得理想效果。相对于其他负极材料，尖晶石型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）具有一些独特的优势，如制备容易、成本低廉、循环性能好、不与电解液发生反应，全充电状态下有良好的热稳定性，由于平衡电位较高，避免了金属锂的析出，并且其平台容量超过理论容量的85%，充电结束时电位迅速上升，可用于指示终止充电，避免过充，因此安全性能比碳负极材料高，是最近几年锂离子电池负极材料研究的热点之一。

钛酸锂材料作为一种典型的半导体材料，因此电子导电性较差，造成材料作为负极材料时倍率性能较差。目前常用的改进方法主要是将钛酸锂材料与导电物质进行复合，比如导电碳黑、碳纳米管、石墨烯等，已经取得了很大的改进。钛酸锂材料的另一个缺点就是振实密度较低，低的振实密度必然会导致电极极片以及最终锂离子电池的比能量降低，使其在各种便携式电源的应用领域中受到限制，同时，低的振实密度也不利于材料的商业化生产。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种高振实密度球形钛酸锂材料的制备方法。

具体的技术方案如下：

一种高振实密度球形钛酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按每100ml无水乙醇加入0.25-2.5ml浓度为0.01-1mol·L^-1的弱碱性水溶液的比例配置水/乙醇弱碱性混合溶液；然后再按每100ml无水乙醇加入2-16ml钛酸四丁酯的比例将钛酸四丁酯加入上述水/乙醇弱碱性混合溶液中，搅拌10秒-2h，静置5-24h，离心分离出固体产物，在30-80℃条件下，干燥得有机钛前驱体；

（2）将锂源与步骤（1）得到的有机钛前驱体按Li：Ti=0.8-0.9:1的比例研磨混合得混合物；

（3）将无水乙醇与水按体积比0.1-10:1的比例配制乙醇溶液，然后将步骤（2）得到的混合物加入到上述乙醇溶液中，每1g混合物用2-5ml的乙醇溶液分散，超声分散5-10分钟，然后在50-80℃空气中蒸干溶液，最后在惰性气体保护下，750-950℃下煅烧2-24h，再在空气中煅烧2-10h，或者直接在空气中750-950℃下煅烧2-24h，冷却即得所述高振实密度球形钛酸锂材料。

在其中一些实施例中，所述步骤（1）中的弱碱性水溶液为NaHCO₃，KHCO₃，Na₂CO₃或K₂CO₃的水溶液。

在其中一些实施例中，所述锂源为Li₂CO₃，LiOH，LiNO₃，CH₃COOLi或LiCl。

在其中一些实施例中，所述惰性气体为氮气、氩气或者氦气气氛下。