[发明专利]一种纯相磷酸钛锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种纯相磷酸钛锂正极材料的制备方法，以丙酮和酒精混合溶液为溶剂，以钛酸丁酯为钛源，磷酸二氢铵为磷酸源，二水合乙酸锂为锂源制备得到纯相磷酸钛锂，本发明制备的纯相磷酸钛锂结晶度高，无其他杂质元素，粒子较小，更便于离子的嵌入和脱出，很好的改善了磷酸钛锂材料本身具有的离子迁移率低的特性，使其具有放电比容量高，倍率性能好，循环寿命长等优异的电化学性能。本发明所述的制备方法具有简单易行，节约能源，重复性好，条件温和等优点，为合成聚阴离子型的NASICON型化合物提供了新的制备方法。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料与电化学领域，具体涉及一种纯相磷酸钛锂正极材料的制备方法。

背景技术

随着科技不断的发展，人们对能源需求量不断加大，使得地球上的自然资源被严重开采、消耗。其中，不可再生能源已经被广泛地应用到工业生产以及人们的日常生活中的各个领域，因而不仅造成了资源短缺、生态环境被严重破坏、并且引起了全球温室效应现象。为了解决这些问题，发展清洁绿色环保的高效储能系统成为当今世界的主要任务。而锂离子电池因其具有的绿色环保、重量轻、容量高、体积小等优点被广泛研究，而且它也被应用于日常生活中，如电子器件，电动汽车，混合型动力汽车等。由于其绿色无污染的特点，符合当今社会可持续发展的主题，因此引起大家广泛的关注与研究。

磷酸钛锂材料作为锂离子电池的正极材料具有合适的嵌锂电位，稳定的充放电平台，循环性较好的优点，并且由于其特殊的三维网状结构，具有较大的空腔使离子能够在晶体结构中进行快速的脱嵌，因此它作为锂离子电池的正极材料被广泛研究。但是由于其电导率和离子迁移率低的问题限制了它在电子产品和动力汽车等行业的大规模工业化生产。与金属氧化物相比，它的电子电导率低，理论比容量低，离子扩散系数小。以前利用固相法，溶胶凝胶法，水热法制备的纯相磷酸钛锂材料无法克服其比容量衰减严重，电导率低，循环周期短等一系列问题。通常为了提高其电化学性能，普遍采用以下两种方式：(1)碳包覆(2)金属掺杂，而利用这两种方法制备的磷酸钛锂材料虽然使它的电化学性能得以提升，但是制备工艺耗时费力，浪费资源，并且要做大量实验来达到合适的碳包覆量。

然而，以前报道的大量文献都针对于将纯相磷酸钛锂材料进行各种改性来提高其电化学性能，存在着明显的实验周期长，能源浪费严重等问题。

发明内容

本发明针对磷酸钛锂离子迁移率、比容量低，导电能力差的问题，提供一种简单的电化学性能优异的纯相磷酸钛锂正极材料的制备方法。

本发明的技术方案为：

一种纯相磷酸钛锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将丙酮与乙醇加入反应釜中，磁力搅拌充分混合得到均匀的混合溶液；

(2)将钛酸丁酯滴入步骤(1)所得混合溶液中，搅拌10～20分钟，得到淡黄色透明溶液；

(3)向步骤(2)得到的淡黄色透明溶液逐滴滴入去离子水，磁力搅拌2～4小时得到白色悬浮液；

(4)向步骤(3)所得白色悬浮液中加入磷酸二氢铵和二水合乙酸锂，磁力搅拌下反应2～5小时得到白色悬浮液；

(5)将步骤(4)所得白色悬浮液置于高压反应釜中，温度控制在150～220℃，反应4小时以上；

(6)将步骤(5)得到的白色沉淀物和金黄色上清液搅拌均匀，然后加入无水乙醇，得到黄色悬浮液；

(7)将步骤(6)所得黄色悬浮液移入常压反应器，60～100℃搅拌5小时以上，得到黄色前驱体；

(8)将步骤(7)所得黄色前驱体置于管式炉中煅烧，即得到磷酸钛锂。

进一步地，钛酸丁酯、磷酸二氢铵和二水合乙酸锂的摩尔比为1～4：2～5:1。

进一步地，丙酮与乙醇的体积比优选2～5：1，更优选为3：1。