一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法及产品和应用与流程

本发明涉及一种锂电负极材料的制备方法，特别是涉及一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法及产品和应用，属于能源材料领域。

背景技术：

1、随着更小、更轻和更高性能的电子和通讯设备的迅速发展，人们对为这些设备提供电源的电池性能尤其对比能量提出了越来越高的要求。但是，目前已商品化的锂离子电池和 mh/ni电池的比容量已经很难继续提高。因此，迫切需要开发比能量更高的电池。锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。锂离子电池作为最新一代的绿色高能蓄电池，于20世纪90年代初迅速发展起来，锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。目前，商业化的锂离子电池负极材料大多数采用碳负极材料，但是碳负极材料存在一些缺陷：首次放电过程中与电解液发生反应形成表面钝化膜，导致电解液的消耗和首次库伦效率较低；碳电极与金属锂的电极电位相近，在电池过充电时，仍可能会在碳电极表面析出金属锂，而形成枝晶造成短路，引发安全问题等。寻找新型的锂离子负极材料成为研究的热点。尖晶石型的钛酸锂是一种零应变材料，循环性能好、不与电解液反应、充放电电压平台比较平稳、安全性较高、价格低廉且比较容易制备，是很有潜力的动力型锂离子电池负极材料。同时，该材料也存在一些缺点，li4ti5o12的电导率很低，近乎绝缘，高倍率下的性能较差，若应用于动力车、大型储能电池等领域就会受到极大的限制。因而，针对li4ti5o12材料导电性差的缺点，提高其电导率和高倍率性能的研究显得尤为重要。

2、本发明通过结晶和化学法制备纳米二氧化钛，然后再通过高温固相及热还原法制备氧缺陷钛酸锂纳米负极材料，氧缺陷一方面：可以改变金属氧化物材料的电子结构而提高导电性，另一方面：原子缺陷的引入可以增加离子嵌入通道，提高材料反应活性。该制备方法简单易操作。

技术实现思路

1、为克服现有钛酸锂电导率低的的不足，本发明目的在于提供一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法。

2、本发明的再一目的在于：提供一种上述方法获得的氧缺陷钛酸锂纳米负极材料产品。

3、本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

4、本发明目的通过以下方案实现：一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，该方法的具体步骤为：

5、（1）将钛酸盐溶于强酸溶液中，磁力搅拌1~3 h，得溶液a；

6、（2）将上述溶液a用冰块冷却结晶，过滤结晶体，得含有tio2+的滤液b；

7、（3）向含有tio2+的滤液b中加入足够的热水，至有固体偏钛酸生成，然后过滤，在300~500℃进行加热煅烧3～5 h，得纳米二氧化钛；

8、（4）将纳米二氧化钛与锂源中的锂按照5∶4～5∶4.4进行研磨，然后转入管式炉中，置于氢气气氛中，以1～2℃/min的升温和降温速度在700～850℃煅烧2～4 h，得氧缺陷钛酸锂纳米负极材料。

9、所述的钛酸盐为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或钛酸四异丙酯中的一种或其组合。

10、所述的强酸为盐酸、氢溴酸或硫酸中的一种或其组合。

11、所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂或醋酸锂中的一种或其组合。

12、本发明提供一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料，根据上述任一所述方法制备得到。

13、本发明提供一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料在锂离子电池中的应用。

14、本发明通过结晶和化学法制备纳米二氧化钛，然后再通过高温固相及热还原法制备氧缺陷钛酸锂纳米负极材料，氧缺陷一方面可以改变金属氧化物材料的电子结构而提高导电性，另一方面原子缺陷的引入可以增加离子嵌入通道，提高材料反应活性。该制备方法简单易操作。3c倍率条件下，首次放电比容量是179 mah/g，经过50次循环后放电比容量为172 mah/g，比容量保持率为96.1%。

技术特征：

1.一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中，所述的钛酸盐为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或钛酸四异丙酯中的一种或其组合。

3.根据权利要求1所述氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中，所述的强酸为盐酸、氢溴酸或硫酸中的一种或其组合。

4.根据权利要求1所述氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，其特征在于步骤（4）中，所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂或醋酸锂中的一种或其组合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，其特征在于，按下述步骤制备：

6.根据权利要求1至4中任一项所述氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，其特征在于，按下述步骤制备：

7.根据权利要求1至4中任一项所述氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法，其特征在于，按下述步骤制备：

8.一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料，其特征在于根据权利要求1-7任一所述方法制备得到。

9.一种根据权利要求8所述氧缺陷钛酸锂纳米负极材料在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明提供一种氧缺陷钛酸锂纳米负极材料的制备方法及其产品和应用，将钛酸盐溶于强酸溶液中，磁力搅拌1~3 h，得溶液A；将溶液A用冰块冷却结晶，过滤结晶体，得含有TiO<supgt;2+</supgt;的滤液B；向含有TiO<supgt;2+</supgt;的滤液B中加入热水，至有固体偏钛酸生成后，过滤，在300~500℃煅烧3～5 h，得纳米二氧化钛；将纳米二氧化钛与锂源中的锂按照5∶4～4.4进行研磨后，转入管式炉中，置于氢气气氛中，以1～2℃/min的速度升温和降温,在700～850℃煅烧2～4 h，得氧缺陷钛酸锂纳米负极材料。3C倍率条件下，首次放电比容量179 mAh/g，经过50次循环后放电比容量为172 mAh/g，比容量保持率为96.1%。

技术研发人员：崔大祥,吴晓燕,林琳,陈义军,陈超,邬淑红
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15