[发明专利]钛酸锂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种钛酸锂复合材料的制备方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，各种电子产品对电源的要求不断提高。锂离子电池由于能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等优点，一直是人们研究和开发的热点。当前，锂离子电池的负极材料主要以石墨作为研究热点，但是石墨负极制备的锂电池在使用的过程中有很多缺点，例如充放电过程中有锂枝晶产生，容易发生电池短路，有起火和爆炸的隐患，还容易与电解液发生反应使电池的使用寿命缩短。相比之下，钛酸锂材料具有明显的优势，在锂离子的插入和脱嵌过程中，晶格结构变化很小，多次充放电循环性能好，不与电解液反应，与碳负极材料相比，具有更好的电化学性能和安全性。

但是，目前对于钛酸锂的研究和开发还不能满足大规模生产的要求。

中国专利公开CN1919736A中公开了一种以低温熔盐为介质制备钛酸锂的方法，通过该方法可以加速反应，缩短反应时间，但根据该方法得到的材料达不到理想首次放电比容量的电池材料的要求。

中国专利公开CN101118965A中公开了一种钛酸锂电池材料的制备方法，该方法加入单糖或多糖并通过二次焙烧制备钛酸锂亚微米钛酸锂。但是，通过该方法实际制得的钛酸锂材料的首次放电比容量并不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中钛酸锂材料的首次放电比容量不够理想的缺点，提供一种具有高首次放电比容量的钛酸锂复合材料的制备方法。

本发明提供了一种钛酸锂复合材料的制备方法，该方法包括将含有过渡金属化合物、碳源、二氧化钛、锂源和低温熔盐的混合物在惰性气体中煅烧和除去低温熔盐，其中，所述低温熔盐为能够在煅烧条件下熔融并且不与混合物中的其它成分反应的物质。

本发明提供的钛酸锂复合材料的制备方法生产工艺简单，无污染。根据本发明提供的方法制得的钛酸锂复合材料具有高首次放电比容量。

具体实施方式

根据本发明提供的钛酸锂复合材料的制备方法，该方法包括将含有过渡金属化合物、碳源、二氧化钛、锂源和低温熔盐的混合物在惰性气体中煅烧和除去低温熔盐，其中，所述低温熔盐为能够在煅烧条件下熔融并且不与混合物中的其它成分反应的物质。

所述混合物中，二氧化钛、锂源、过渡金属化合物、碳源和低温熔盐的摩尔比可以为1∶0.8-0.9∶0.01-0.15∶0.1-0.5∶0.5-1，优选为1∶0.8-0.85∶0.01-0.15∶0.1-0.5∶0.5-1。

将二氧化钛、锂源、过渡金属化合物、碳源和低温熔盐混合的方法为常规方法，例如可以使用搅拌的方法混合。

所述锂源可以是锂的有机盐、无机盐或锂的氢氧化物，例如，所述锂的无机盐可以是硝酸锂、碳酸锂(LiCO₃)；所述锂的有机盐可以是草酸锂、醋酸锂；所述锂的氢氧化物可以是氢氧化锂、水合氢氧化锂。优选情况下，所述锂源可以为碳酸锂、氢氧化锂和硝酸锂中的一种或几种。

所述过渡金属化合物可以为过渡金属的氧化物、过渡金属的氢氧化物和过渡金属盐中的一种或几种。所述过渡金属盐可以为有机盐，如醋酸盐和草酸盐中的一种或几种，也可以为无机盐，如碳酸盐和硝酸盐中的一种或几种。所述过渡金属优选为钪、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镉中的一种或几种，更优选为锰、镍和铜中的一种或几种。优选情况下，本发明所述过渡金属化合物为醋酸盐、草酸盐和硝酸盐中的一种或几种，进一步优选为醋酸盐和/或硝酸盐。

所述碳源可以为碳单质，如石墨、乙炔黑和活性炭中的一种或几种，也可以为能够热裂解产生碳的化合物，例如糖类、沥青、酚醛树脂、聚丙烯腈、羟甲基纤维素和聚乙二醇中的一种或几种。所述糖类优选为葡萄糖、蔗糖和淀粉中的一种或几种。优选情况下，可以为能够热裂解产生碳的化合物中的一种或几种，更优选为葡萄糖。

所述低温熔盐可以为各种能够在煅烧条件下熔融并且不与混合物中的其它成分反应的盐，优选为氯化锂、氯化钠、氯化钾、硝酸钠和硝酸钾中的一种或几种。

所述惰性气体为不参与本发明的反应的气体，例如零族气体和氮气中的一种或几种。

所述煅烧的条件可以为，反应温度为500℃-1200℃，反应时间为1-24小时。优选条件下，反应温度为700℃-900℃，反应时间为8-16小时。

所述除去低温熔盐的方法为常规方法，为本领域技术人员所公知。例如可以用水洗涤，所述水的用量足以完全除去所述低温熔盐即可。