[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固相法合成尖晶石型钛酸锂的制备方法。

背景技术

目前商品化的锂离子电池负极材料大多采用各种脱嵌锂的碳负极材料，但碳材料作为锂离子电池负极材料存在一些缺点：一是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；二是碳材料的首次不可逆容量高；三是碳材料易与电解液发生反应；四是碳材料存在严重的电压滞后现象；五是碳材料的倍率性能差；六是碳材料种类繁多制备方法比较复杂。虽然各类合金或者金属氧化物负极材料一般具有较高的比容量，但在锂离子反复脱嵌的过程中这些负极材料的体积变化很大，在循环过程中材料逐渐粉化脱落，材料循环性能变差。

钛酸锂相对于锂电极的电位为1.55V(Li/Li⁺)，理论比容量为175mAh g^-1；锂离子的脱嵌不会影响到钛酸锂的结构，所以钛酸锂属于零应变材料，它具有优良的循环性能，放电电压平稳，嵌锂电位高不易引起金属锂的析出，能够在大多数液体电解液的稳定电压范围内使用；另外，钛酸锂的库仑效率高，材料来源广泛，环保友好，具备了下一代锂离子电池必需的充放电循环次数更多，充放电更快，更安全的特性。

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。高温固相法具有规模化生产的优势，是目前合成很多材料的首选方法。高温固相合成钛酸锂主要是以二氧化钛(TiO₂)为钛源，氢氧化锂(LiOH·H₂O)、碳酸锂(Li₂CO₃)、硝酸锂(LiNO₃)为锂源，并通过高温(800～1000℃)，长时间热处理得到产物。该方法的缺点是能耗高，且产物大多为微米或者亚微米的尺寸，而大颗粒不利于锂离子的快速脱嵌，所以高温固相合成的材料的倍率性能差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供了一种表面活性剂辅助固相法合成尖晶石型钛酸锂的制备方法；该方法工艺简单、易于大规模化生产，本发明通过在固相合成中添加表面活性剂以使原材料混合得更均匀、分散得更好，进而可以在较低的煅烧温度和较短的煅烧时间内合成粒径小且均匀、电化学性能良好的钛酸锂材料；尤其是大大降低了生产中的能耗。

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步骤：

步骤A、将锂源、钛源和表面活性剂分散到无水乙醇中球磨4～12h，得到前驱物；其中所述锂源和钛源按照物质的量计算，n_Ti∶n_Li＝1∶0.82～0.88，乙醇按照质量计算，为锂源、钛源、表面活性剂质量之和的1.5～2.5倍；

步骤B、将步骤A中球磨得到的前驱物放置在烘箱中干燥12h，所述烘箱中的温度为80℃；

步骤C、将步骤B中干燥后的干燥物转移至马弗炉中预烧5～10h，得到预烧物，预烧温度为500℃；

步骤D、将步骤C中所得预烧物先进行研磨15～25min、压片，然后再转移至马弗炉中进行煅烧8～24h，煅烧温度为700～800℃；

步骤E、煅烧后至炉温降到100℃以下取出煅烧物，冷却至室温，研磨10～20min得到所述尖晶石型钛酸锂产品；

其中，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中所述锂源为氢氧化锂(LiOH·H₂O)、碳酸锂(Li₂CO₃)、硝酸锂(LiNO₃)、乙酸锂(CH₃COOLi·2H₂O)中的一种或者几种的混合物。

较佳地，步骤A中所述钛源为锐钛矿型二氧化钛(TiO₂)、金红石型二氧化钛(TiO₂)、无定型二氧化钛(TiO₂)中的一种或者几种的混合物。