[发明专利]一种具有特殊形貌的钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料领域，具体涉及锂离子电池负极材料，特别涉及一种具有特殊形貌的钛酸锂的制备方法。

背景技术

纯相钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)为尖晶石结构，氧离子按面心立方堆积排列，位于32e位置，3/4的锂离子占据四面体8a位置，剩下的锂离子和钛离子位于16d的八面体位置中。这种晶体结构为锂的嵌脱提供了三维扩散通道。随着锂的嵌入，其晶格常数和体积变化小，因此被称为“零应变材料”。嵌脱锂过程中钛离子灵活的电子结构让钛酸锂负极材料具有良好的电化学性能。特定的晶形结构可以阻挡充放电过程中的体积变化。因而，钛酸锂负极材料具有循环性能优良、放电电压平稳、嵌锂电位高而不易引起金属锂析出，能够在大多数液体电解质的稳定电压区间使用、库仑效率高、锂离子扩散系数大等优良特性。具有广泛的应用前景和很大的市场需求。

尽管钛酸锂作为负极材料具有很多优点，但该材料在应用过程中存在着一些问题。电子电导率低、理论电容量低是钛酸锂材料的两大缺点。这极大的限制了钛酸锂的电化学性能及其应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种具有特殊形貌的钛酸锂的制备方法；该方法是以醋酸锂和钛酸四丁酯为原料，以价格低廉、来源广泛、绿色无毒的生物质材料(竹纤维、甘蔗渣纤维和竹炭)为模板制得具有特殊形貌的钛酸锂；该方法简单、可操作性强、重复性好、易于工业生产。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种具有特殊形貌的钛酸锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质材料粉碎后超声分散于醋酸锂乙醇溶液中，制得悬浮液A；

(2)按照Li/Ti摩尔比为0.8～0.84将钛酸四丁酯逐滴滴入悬浮液A中得到悬浮液B，持续搅拌5-10分钟后，加热蒸干悬浮液B中的溶剂得到钛酸锂的前躯体；

(3)将钛酸锂的前躯体在空气中煅烧，然后冷却至25～40℃得到具有管状、片状或多孔结构的钛酸锂；

步骤(1)所述的生物质材料为竹纤维、甘蔗渣或竹炭中的一种；

步骤(1)所述的醋酸锂乙醇溶液中醋酸锂的浓度为0.5～1.0mol/L；

步骤(1)所述的悬浮液A中生物质材料的质量百分数为2.5～5％；

步骤(2)所述的加热是在40～80℃下加热；

步骤(3)所述的煅烧是在450℃下煅烧5小时，又在750℃下煅烧10小时。

利用生物质材料(竹纤维、甘蔗渣纤维和竹炭)为模板制备特殊形貌的钛酸锂，该钛酸锂具有较大的比表面积，从而降低锂离子在碳酸锂中的扩散距离，有利于提高钛酸锂的储锂比容量，有助于电解液的渗透，从而提高钛酸锂负极材料的电子电导率。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明采用钛酸四丁酯为原料，以价格低廉，来源广泛，绿色无毒的生物质材料(竹纤维、甘蔗渣纤维和竹炭)为模板，实现了较低温度下合成特殊形貌的钛酸锂。

(2)本发明以竹纤维、甘蔗渣纤维和竹炭为模板制备出的锂离子电池负极材料钛酸锂分别具有微米管状、片状和多孔结构。此种微米管状、片状和多孔结构可以提高钛酸锂的比表面积，从而降低锂离子在钛酸锂中的扩散距离，有利于提高钛酸锂的储锂比容量，有助于电解液的渗透，从而提高钛酸锂负极材料的电子电导率。

(3)本发明吸收了模板法与传统溶胶凝胶法的优点，方法简单，可操作性强，重复性好，易于工业生产，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是实施例1管状钛酸锂的扫描电镜图(SEM)(13000倍)。

图2是实施例2片状钛酸锂的扫描电镜图(SEM)(1000倍)。

图3是实施例3钛酸锂的扫描电镜图(SEM)(16000倍)。

图4，图(a)是实施例1管状钛酸锂粉末的衍射(XRD)，图(b)是钛酸锂的标准粉末衍射(XRD)图。

图5是实施例1管状钛酸锂在0.5-3.0V、0.1C下的首次充放电曲线图。

图6是实施例1管状钛酸锂在0.5-3.0V、0.1C下的循环性能曲线图。

图7是实施例1管状钛酸锂在0.5-3.0V下的倍率性能曲线图。

图8是实施例2片状钛酸锂在0.5-3.0V、0.1C下的循环性能曲线图。

图9是实施例3多孔块状钛酸锂在0.5-3.0V、0.1C下的循环性能曲线图。

具体实施方式