[发明专利]钛酸锂材料的制备方法、多孔钛酸锂材料及锂离子电池

说明书

本发明揭示了一种钛酸锂材料的制备方法，包括：将含钛盐类与有机配体按照一定物质的量比加入溶剂中，经均匀分散得到前驱溶液；采用油浴加热，搅拌反应，即得到纳米级多孔含钛金属有机框架配合物；按照一定物质的量比将所述纳米级多孔含钛金属有机框架配合物与锂盐加入液体介质中，浸泡一定时间，将液体介质中的固体过滤出，干燥，得到金属有机框架配合物/锂盐复合物；将所述金属有机框架配合物/锂盐复合物与锂源以一定比例混合，在氮气气氛下热处理，制得多孔钛酸锂材料。本发明的钛酸锂材料由纳米级钛酸锂一次颗粒和碳材料复合堆积而成，碳材料均匀覆盖在纳米级钛酸锂一次颗粒表面，包覆更全面。

技术领域

本发明涉及到锂离子电池领域，特别是涉及到钛酸锂材料的制备方法、多孔钛酸锂材料及锂离子电池。

背景技术

钛酸锂材料最大的特点在于其体积“零应变性”，所谓“零应变性”是指其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，小于1％。在充放电循环中，这种“零应变性”能够避免由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少循环带来的比容量衰减，具有非常好的耐过充、过放特性。但钛酸锂材料本征电导率较小，常包覆碳材料以提高其电导率，满足电池使用需求。

现有技术中也出现了众多的钛酸锂合成方法，包括固相火法合成方法，液相合成方法。固相火法合成方法制备的钛酸锂材料，颗粒大，耗能高，而且晶体的密实堆积难以实现钛酸锂材料与导电碳材料的均匀复合；液相合成方法制备的钛酸锂材料可有效降低钛酸锂材料粒度，增大了比表面，也在一定程度上降低了合成能耗，但在碳包覆过程中依然以固相法再次包覆，同样存在难以实现钛酸锂材料与导电碳材料的均匀复合的问题。

因此，现有技术还有待改进。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种钛酸锂材料，旨在解决现有钛酸锂合成技术中难以实现包覆碳材料均匀分布于钛酸锂一次颗粒表面的问题。

本发明提出一种钛酸锂材料的制备方法，包括：

将含钛盐类与有机配体按照钛离子与有机配体以指定的物质的量比加入到溶剂中，加入表面活性剂，经均匀分散，得到前驱溶液；

采用油浴加热，搅拌反应、过滤、洗涤、真空干燥后，即得到纳米级多孔含钛金属有机框架配合物；

按照一定钛离子与锂离子的物质的量比将所述纳米级多孔含钛金属有机框架配合物与锂盐加入液体介质中，混合操作后，浸泡一定时间，将液体介质中的固体过滤出，干燥，得到金属有机框架配合物/锂盐复合物；

将所述金属有机框架配合物/锂盐复合物与锂源以一定比例混合，满足热处理时锂离子与钛离子物质质量的比例要求，在惰性气氛下热处理，制得多孔钛酸锂材料。

优选地，所述含钛盐类包括草酸钛钾或钛酸四丁酯。

优选地，所述有机配体包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、间苯三甲酸、羟基对苯二甲酸和羟基间苯二甲酸中的一种或几种。

优选地，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、无水甲醇、无水乙醇和去离子水中的一种或几种。

优选地，所述表面活性剂包括甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、乙二胺、正辛醇和异辛醇中的一种或几种。

优选地，所述前驱液中的钛离子的浓度优选为0.1～1mol/L、表面活性剂的浓度为0.001-0.2mol/L。

优选地，所述油浴加热中所使用的油包括甘油或二甲基硅油；所述油浴加热的温度为80-120℃，反应时间为10-18h，反应时搅拌速度为500-1500r/min。

优选地，所述在惰性气氛下热处理的条件为：350-550℃温度下保温2-5h。