[发明专利]一种多孔Li4Ti5O12空心球的超声雾化制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超声雾化制备方法。该方法先将可溶性Li、Ti的化合物按(4～4.3):5摩尔比溶于无水乙醇中得A溶液，将可溶性金属离子鳌合剤和含碳化合物溶于去离子水中得B溶液，将A溶液加入到搅拌状态下的B溶液中，继续搅拌1～3小时。然后利用超声雾化器将得到的混合溶液雾化成雾滴，在抽真空系统的辅助下将雾滴载入高温炉，使雾滴变成前驱体粉末，最后在空气或氧气的氛围中煅烧，得到多孔空心球形钛酸锂材料。本发明方法有效优化了钛酸锂负极材料的空间结构和粒径，有效地提升了Li₄Ti₅O₁₂材料的大电流充放电性能与循环性能。同时具有简单的操作、高效率、低成本以及方便大量生产等特点。

技术领域

本发明涉及一种多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超声雾化制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。

背景技术

近年来，随着数码设备、电子仪表的小型化与高性能化，高能量密度且长循环寿命的锂离子电池日益受到重视。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，对电池性能起着关键性的作用。尖晶石型钛酸锂是一种“零应变”材料,具有充放电电压稳定和对环境友好等优点,在锂离子脱/嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，可以有效避免锂枝晶的形成和电解液的分解，从根本上消除锂离子电池的安全隐患，被认为是最有希望的下一代锂离子电池负极材料。然而，钛酸锂本征电子电导率和离子电导率偏低，严重制约了其作为高功率负极材料在动力型锂离子电池中的应用。目前提高钛酸锂的高倍率充放电性能的主要途径有三种：制备纳米级钛酸锂、制备金属元素掺杂和碳包覆钛酸锂、制备多孔或中空结构的钛酸锂。制备金属元素掺杂和碳包覆钛酸锂主要采用高温固相法，采用高温固相法制备出来的钛酸锂材料大多数是微米级，并且颗粒分布不均匀，大电流充放电性能较差；制备多孔或中空结构的钛酸锂主要采用模板法，虽然多孔或中空结构可以有效提高钛酸锂材料的电导能力和大电流充放电性能，但是其制备工艺繁琐，成本较高，不利于产业化。制备纳米级钛酸锂是解决钛酸锂负极材料的大电流充放电性能最行之有效的方法,钛酸锂颗粒的纳米化不仅增大了钛酸锂与电解液的接触面积，还缩短了锂离子的迁移路径。

现有的纳米级钛酸锂的制备技术主要包括水热法、溶胶-凝胶法、喷雾裂解法和模板法等，这些方法烧结时间长、生产效率低、产物的粒径分布不易控制、工艺繁琐且成本较高。

本发明所要解决的技术问题是提供一种多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超声雾化制备方法，该制备方法工艺简单、制备过程易控制、成本低且可进行大规模生产，制备的钛酸锂纯度高且电化学性能优良。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔Li₄Ti₅O₁₂空心球的超声雾化制备方法。为实现本发明的目的，采用的技术方案是：

1、分别将可溶性Li、Ti的化合物按(4～4.3):5摩尔比溶于无水乙醇中，充分搅拌0.5～1小时，得A溶液；

本发明所述的可溶性Li化合物为碳酸锂、醋酸锂、氢氧化锂和硝酸锂中的一种。

本发明所述的可溶性Ti化合物为钛酸异丙酯、钛酸丁酯和硫酸氧钛中的一种。

2、将可溶性金属离子鳌合剤和含碳化合物溶于去离子水中，充分搅拌10～30 分钟后得到澄清溶液，得B溶液。

3、将A溶液逐滴加入到搅拌状态下的B溶液中，在15～40℃的水浴锅中继续搅拌并回流，搅拌转速为每分钟50～120转，搅拌1～3小时后得到用于雾化的前驱体混合溶液。

本发明所述的可溶性金属离子鳌合剤为草酸、柠檬酸和酒石酸中的一种，金属离子鳌合剂的用量为前驱体混合溶液中所有金属离子物质摩尔量总和的 1.5～3.5倍。