专利名称：一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池负极材料，尤其为一种新型钛氧化物负极材料及其制
备方法。
背景技术：
二次电池是自上个世纪九十年代以来继镍氢电池之后的新一代电池以锂离子电池为代表，因其 具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点， 成为目前高档电子消费品首选的化学电源，并已经渗透到航空航天、军事等尖端技术领域。 伴随着其与日俱增的需求，二次电池正成为新世纪科学技术研究与开发的重点和热点。尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种循环性能良好、放电电压平稳、理论比容量较大、不和电解液反应的“零应变”电极材料。它还具有原料来源广泛、清洁、环保等优点，能够在锂离子蓄电池、全固态锂离子电池和混合型超级电容器等方面得到通用，是一种多功能材料。钛酸锂的理论容量为175mAh/g，实验比容量可达到150 160mAh/g，相对锂电极的电位为1. 55V(vs Li/Li+)。锂离子在插入和脱嵌过程中，材料结构几乎无变化，表现出优良的循环性能。它的嵌锂电位高而不易引起金属锂析出，能够在大多数液体电解质的温度电压区间安全工作，库伦效率较高，具备了下一代锂电池必须的快速充、多次充、安全充的特性。但Li4Ti5O12的导电性较差(电导率为10_9S/Cm)，大电流放电易产生较大极化，高倍率充放电比容量发挥不出来等问题而限制了它在电池上的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种单位重量充放电容量较高的锂离子电池负极材料及其制备方法。为实现上述目的，本发明提供了一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物， 该新型钛氧化物的化学式为H2Ti1Q021。为实现上述目的，本发明还提供一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物制备方法，其步骤为1)将TiO2粉末与氢氧化物XOH溶液放入反应釜中，室温下剧烈搅拌30_50h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液采用水热方法在160-220°C的温度下水热反应48h以上，过滤，在 60-100°C下烘干12-24h，制得钛酸盐X2Ti5O11 ；3)将钛酸盐X2Ti5O11球磨2-10h与酸溶液反应，调整pH值到7. 0，过滤后，蒸馏水超声洗涤至中性，在60-100°C下烘干12-24h，得到X2Ti5O11 ；4)在惰性气体保护下，将X2Ti5O11加热至200-300°C，保持2_10h，制得钛氧化物
H2T IioO2I O在上述制备方法中，所述的氢氧化物XOH为氢氧化钠、氢氧化钾的至少一种。
在上述制备方法中，所述的TiO2粉末与氢氧化物XOH的摩尔配比为5 2。在上述制备方法中，所述的钛酸盐X2Ti5O11与酸溶液H+的摩尔配比为1 2。本发明制备方法工艺简单，易操作，制备的钛氧化物负极材料单位重量氧化物的充放电容量超过了钛酸锂的175mAh/g，达到225mAh/g左右。成本方面低于钛酸锂材料，这是因为新型钛氧化物材料中不含锂，省去了锂的成本。寿命方面，结构稳定，充放电时锂的嵌入和脱嵌反应不会受到影响，反复进行50次充放电后，其充电容量为213mAh/g，放电容量为212mAh/g，与进行10次充放电后的容量数值几乎相同。
具体实施例方式实施例一 1)将TiO2粉末与NaOH溶液放入反应釜中，室温下剧烈搅拌30h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液采用水热方法在160°C的温度下水热反应50h，过滤，在100°C下烘干 24h Ji^Na2Ti5O11 ；3)将Na2Ti5O11球磨IOh与酸溶液反应，调整pH值到7. 0，过滤后，蒸馏水超声洗涤至中性，在100°C下烘干ZAhJ^fH2Ti5O11 ；4)惰性气体保护下，将H2Ti5O11加热至200°C，保持10h，制得H2Ti1(1021。测得该产物以IOC倍率充放电比容量为198mAh/g。实施例二1)将TiO2粉末与KOH溶液放入反应釜中，室温下剧烈搅拌30h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液采用水热方法在160°C的温度下水热反应50h，过滤，在100°C下烘干 12h Ji^K2Ti5O11 ；3)将K2Ti5O11球磨8h与酸溶液反应，调整pH值到7. 0，过滤后，蒸馏水超声洗涤至中性，在100°C下烘干12h，得到H2Ti5O11 ；4)惰性气体保护下，将H2Ti5O11加热至260°C，保持10h，制得H2Ti1(1021。测得该产物以IOC倍率充放电比容量为201mAh/g。实施例三1)将TiO2粉末与KOH溶液放入反应釜中，室温下剧烈搅拌40h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液采用水热方法在1604°C的温度下水热反应60h，过滤，在80°C下烘干 20h Ji^K2Ti5O11 ；3)将K2Ti5O11球磨IOh与酸溶液反应，调整pH值到7. 0，过滤后，蒸馏水超声洗涤至中性，在80°C下烘干20h，得到H2Ti5O11 ；4)惰性气体保护下，将H2Ti5O11加热至300°C，保持8h，制得H2Ti1(1021。测得该产物以IOC倍率充放电比容量为215mAh/g。
权利要求
1.一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物，其化学式为H2Ti1(l021。
2.一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物制备方法，其步骤为1)将TiO2粉末与氢氧化物XOH溶液放入反应釜中，室温下剧烈搅拌30-50h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液采用水热方法在160-220°C的温度下水热反应48h以上，过滤，在 60-100°C下烘干12-24h，制得钛酸盐X2Ti5O11 ；3)将钛酸盐X2Ti5O11球磨2-10h与酸溶液反应，调整pH值到7.0，过滤后，蒸馏水超声洗涤至中性，在60-100°C下烘干12-24h，得到H2Ti5O11 ；4)惰性气体保护下，将H2Ti5O11加热至200-300°C，保持2_10h，制得H2TiltlO21。
3.如权利要求2所述的一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物制备方法，其特征在于所述的氢氧化物XOH为氢氧化钠、氢氧化钾的至少一种。
4.如权利要求2所述的一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物制备方法，其特征在于所述的TiO2粉末与氢氧化物XOH的摩尔配比为5 2。
5.如权利要求2所述的一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物制备方法，其特征在于所述的钛酸盐X2Ti5O11与酸溶液H+的摩尔配比为1 2。
全文摘要
本发明涉及一种用于锂离子电池负极材料的新型钛氧化物，其化学式为H2Ti10O21，其制备方法步骤为1)将TiO2粉末与氢氧化物XOH溶液放入反应釜中，室温下剧烈搅拌30-50h得到悬浊溶液；2)将悬浊溶液采用水热方法在160-220℃的温度下水热反应48h以上，过滤，在60-100℃下烘干12-24h，制得钛酸盐X2Ti5O11；3)将钛酸盐X2Ti5O11球磨2-10h与酸溶液反应，调整pH值到7.0，过滤后，蒸馏水超声洗涤至中性，在60-100℃下烘干12-24小h，得H2Ti5O11；4)在惰性气体保护下，将H2Ti5O11加热至200-300℃，保持2-10h，制得H2Ti10O21。
文档编号C01G23/00GK102167395SQ20111002733
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者耿世达 申请人:耿世达