[发明专利]锂离子电池负极材料钛酸锌锂的溶胶凝胶制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，进一步涉及锂离子电池负极材料钛酸锌锂的溶胶凝胶制备方法。

背景技术：

随着当今电子设备的不断发展，锂离子电池的研究与应用日渐受到重视。目前碳负极材料已经成功地应用在商业化的锂离子电池中。碳负极具有相对于金属锂的放电平台较低、插锂容量较高的优点。但由于插锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，小于0.1V vs Li/Li⁺，当电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出而形成锂枝晶，从而引起短路，存在着安全隐患。这些因素促使研究者们不断寻找性能优良、制备工艺简单且成本低廉的新型锂离子电池负极材料。

尖晶石Li₄Ti₅O₁₂及其相关的钛氧化物等由于具有优异的循环性能及无毒、安全等优点而成为较有前景的负极材料。但是，Li₄Ti₅O₁₂的理论容量较小，且嵌锂电位较高，制备过程中需要进行长时间的高温煅烧，耗能大，生产效率低，因而开发具有良好循环性能且较高容量的负极材料仍然是该领域的研究重点；钛酸锌锂Li₂ZnTi₃O₈作为一种插入型锂离子电池负极材料，具有一系列的优点，如煅烧温度低、煅烧时间短、循环性能好、倍率性能较高等。

目前关于钛酸锌锂负极材料的制备方法主要有：

魏明登等人的“高纯度钛酸锌锂纳米棒的制备方法及其在锂电池中的应用”（CN201010300609.2），提出将钛酸纳米线、碳酸锂、乙酸锌混合后煅烧得到最终产物。但该专利钛源制备过程需要水热法制备，过程复杂，条件苛刻，不利于大批量制备，限制了该材料的进一步发展应用。

因此，需要寻找一种新的钛酸锌锂材料制备工艺。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料钛酸锌锂的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种锂离子电池负极材料钛酸锌锂的溶胶凝胶制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将柠檬酸和乙二醇按照摩尔比1:（1-4）溶于去离子水中；

步骤二：秤取钛源、锂源、锌源加入到上一步得到的溶液中，钛源、锂源、锌源的摩尔比为3:1:1；其中，钛源与步骤1）中的柠檬酸的摩尔比为1:2

步骤三：将上一步得到的体系在60℃下搅拌2小时，得到透明溶胶；

步骤四：将上一步得到的溶胶继续在80℃下搅拌4小时得到凝胶；

步骤五：将上一步得到的凝胶转移到马弗炉中，升温至700-800℃煅烧3-5小时，即得到最终产品。

所述钛源优选钛酸异丙酯；所述锂源优选碳酸锂；所述锌源优选乙酸锌、硝酸锌中的一种或两种的混合物。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

（一）将钛源、锂源、锌源溶于柠檬酸和乙二醇的混合水溶液中，加热搅拌形成凝胶，再进行煅烧，可以得到均匀的钛酸锌锂材料，解决了固相反应法制备钛酸锌锂工艺中采用球磨混料或者直接焙烧造成的反应物混合不均匀的问题。

（二）本方法煅烧温度低、时间短，设备投资少，能耗小，生产效率高。

附图说明：

图1为实施例1和实施例2制备产物的X-射线衍射（XRD）图谱，图中，横坐标代表角度，纵坐标代表强度。

图2为实施例1所得材料为正极材料的模拟电池的循环性能测试图；图中，横坐标代表循环次数，纵坐标代表比容量，单位为mAh/克。

具体实施方式：

实施例1：

秤取8.180克柠檬酸溶解到蒸馏水中，加入5.288克乙二醇，混合均匀，秤取6.054克钛酸异丙酯、0.525克碳酸锂和1.558克乙酸锌加入到上述溶液中，在60℃下剧烈搅拌2小时，溶液变成黄色透明溶胶，继续在80℃下搅拌4小时，形成凝胶。将凝胶转移到马弗炉中，升温到800℃，煅烧3小时，得到钛酸锌锂负极材料，该材料标记为“样本A”。

秤取0.8克样本A，将其与乙炔黑及PVDF按照质量比80:10:10的比例混合，搅拌均匀后涂覆在铜箔上，置于真空干燥箱中，于120℃下真空干燥24小时，后经辊压、冲片，得到电极片；以金属锂片为对电极、1M LiPF6的EC：DEC：EMC溶液为电解液，组成模拟电池进行电化学性能测试。该电池在0.1A/克电流下充放电时，首次放电比容量为208.0mAh/克，循环100次后放电比容量为182.6mAh/克。

实施例2：