[发明专利]一种以含钛纳米管为原料的钛酸铁锂正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源材料制备技术领域，尤其涉及一种以含钛纳米管为原料的钛酸铁锂正极材料制备方法。

技术背景

锂离子二次电池已经广泛应用于各种便携式电池产品，近年来电动车和混合动力车的储能装置的需求对锂离子二次电池及其电极材料提出更高的要求，正极材料是其关键性组成部分，寻求廉价、安全、环境友好并具有高比能量的锂离子二次电池正极材料成为锂离子二次电池领域的研究热点。

Li₂MTiO₄（M=Mn、Fe、Co、Ni）是一类新型正极材料，其为立方岩盐结构，具有理论容量大、在较高电位下更容易嵌入/脱嵌、可逆性和稳定性好等优点，是一种很有应用前景的锂二次电池正极材料（J. Gopalakrishnan等，Journal of Solid State Chemistry，2003，172：171-177）。在这一族中，Li₂FeTiO₄理论容量可达295 mAh/g，工作电压适中，原料来源广泛、廉价、环保，是近年刚刚开始研究的正极材料。目前此材料的合成方法报道的有溶胶-凝胶法（Mirjana Küzma等，Journal of Power Sources，2009，189：81–88），但其放电比容量在0.05C低充放电倍率下，仅为123mAh/g，高温60℃时也仅为148mAh/g。欧洲专利WO2009/120156 A2 “Titanates of transition metals as materials for the cathode in lithium batteries”也报道了溶胶-凝胶法（sol-gel method）制备Li₂MTiO₄（M=Mn、Fe、Co、Ni），但没有电池比容量的测试数据。发明专利201210113557.7首次报道了水热法制备Li₂FeTiO₄，其微观形貌也多为球形颗粒状，同时也没有电池比容量的测试数据。

已多有报道，锂离子电池正极材料充放电的嵌锂-脱锂特性，与微观结构有密切的关系。Li₂FeTiO₄中Li⁺离子输运通道是一维的，所以构件一维微观结构的Li₂FeTiO₄将有助于提高其电池实际比容量。含钛纳米管（钛酸（H₂Ti₃O₇）、二氧化钛（TiO₂）等）容易通过温和的水热合成工艺或后续热处理制得，在此基础上（一定产率）继承性的获得一维或其他维度微观结构Li₂FeTiO₄正极材料，并使比容量得到提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种以含钛纳米管为原料的钛酸铁锂正极材料制备方法，其特征在于，以含钛纳米管及含锂、含铁的化合物为原料，通过调节水热反应工艺参数制备Li₂FeTiO₄正极材料，具体步骤为：

将乙酸锂（LiCH₃COO·2H₂O）、氯化亚铁（FeCl₂·4H₂O）和含钛纳米管为原料，按Li﹕Fe﹕Ti＝2﹕1﹕1摩尔配比称取，加去离子水，倒入反应釜中，调节溶液pH值，密封放入均相反应器；为改变产物形貌，调节反应物溶液起始浓度及水热反应温度和水热反应时间；反应结束，冷却至室温，取出反应产物；用去离子水和酒精进行洗涤、过滤、干燥后，即得到Li₂FeTiO₄正极材料粉体。

所述含钛纳米管为钛酸（H₂Ti₃O₇）纳米管和二氧化钛（TiO₂）纳米管中的一种。

所述调节反应物溶液起始浓度是在100ml聚四氟乙烯罐中加入去离子水量为50-200ml。

所述水热反应前调节溶液pH值为7。

所述水热反应温度，为150℃~200℃。

所述水热反应时间，为24~72h。

本发明的有益效果在于与现有技术相比，以含钛纳米管为原料水热法制备的钛酸铁锂正极材料可以具有不同微观结构形貌，同时具有更高的放电比容量，在锂离子电池正极材料领域具有广泛的应用前景。

附图说明