专利名称：一种改性钛酸锂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种改性钛酸锂及其制备方。
技术背景
随着当今电子设备的小型化和微型化，锂离子电池的研究与应用越来越得到重视。锂离子电池传统的负极材料是碳素材料。虽然碳负极已经成功地商业化，但是其中存在的电池安全问题，迫使人们寻找在比碳负极稍正的电位下嵌锂的安全可靠的新型负极材料。其中低电位过渡金属氧化物及复合氧化物作为锂离子电池的负极材料引起了人们的广泛注意，尤其是零应变材料钛酸锂，以其1. 5V(vs. Li/Li+)电压、接近1的充放电效率和优越的循环性能广受关注，是一种很有潜力作为动力型锂离子负极材料的电极材料。
目前合成钛酸锂大多采取溶胶凝胶法和固相反应法。与固相反应法相比，溶胶一凝胶法制备的产品虽然化学纯度高，粒径均勻性好，反应温度较低，反应时间较短，但其一般需使用昂贵的有机试剂，致使成本大大增加，而且工艺繁杂，不宜大规模工业化生产。固相反应法工艺简单，成本低廉，是最有可能实现工业化生产的工艺。但钛酸锂具有较差的电子导电性和相对较高的电压平台，作为负极材料，使得电池电压降低，高倍率性能差。发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的之一在于，提供了一种钼掺杂炭包覆的改性钛酸锂。
本发明的目的之二在于，提供了所述改性钛酸锂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下
一种改性钛酸锂，包括锂源、钛源、碳源和钼源，所述的锂源、钛源和钼源的摩尔比为4 (5-x) X，其中，5 >x>0;所述碳源按重量百分计算，占含钼钛酸锂的0 30%。
制备所述改性钛酸锂的方法，包括如下制备步骤
A、将锂源、钛源、钼源和碳源混合，球磨1 20h ；
B、将所得混合物在管式炉中惰性气体保护下，400 1000°C煅烧6 20h，制得所述改性钛酸锂。
较佳地，步骤A中所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或硝酸锂中的一种或几种混合物。
较佳地，步骤A中所述钛源为二氧化钛。
较佳地，步骤A中所述钼源为三氧化钼、钼酸铵中的一种或两种混合物。
较佳地，步骤A中所述炭源为柠檬酸，蔗糖，葡萄糖中的一种或几种混合物。
将所述改性钛酸锂用来组装成锂离子电池。
研究发现，通过其它离子的掺杂，在钛酸锂中造成一定的Ti4+/Ti3+是提高钛酸锂材料电子导电性的一条有效途径。此外，人们试图通过掺杂手段进一步降低钛酸锂的电极电位，这意味着在锂离子电池应用方面，人们将可以获得更高的电池电压。而且，炭包覆也是提高材料电子导电性的方便廉价的方法。本发明将掺杂与包覆同时进行。有效的改善了钛酸锂材料的电子导电性。
本发明包括锂源、钛源、碳源和钼源，其制备工艺为将锂源、钛源、钼源和碳源混合，球磨将所得混合物在管式炉中惰性气体保护下，400 1000°C煅烧6 20h ；本发明不仅性能稳定、一致性好，而且成本低廉、工艺简单，可以适用于大规模的工业生产。
本发明使用相对廉价的原料，在较短的时间和较低的合成温度下，通过钼掺杂炭包覆合成电化学性能优异的锂离子电池负极材料钛酸锂；本发明不仅比容量高、循环性能优异、重现性好、产品均勻，而且对设备要求不高、制备方法简单。
总之本发明相对于现有技术具有如下优点
(1)、本发明方法选用的锂源廉价易得，钛源纯度较高，这两种原料的组合可以使生产的产品纯度高，稳定性好，且成本适中。
(2)、采用高能球磨，使得原料分散更均勻。
(3)、采用固相法，工艺简单，成本低廉，易于实现工业化大生产。
0)、本发明合成的这种钛酸锂材料，以金属锂为负极制备成电池，高倍率下循环稳定性好，200次循环后，比容量仍高达118mAh/g。
图1为本发明所述改性钛酸锂5C倍率下的循环性能图。
具体实施方式
实施例1
一种改性钛酸锂及其制备方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分别称取二氧化钛0. 8645g，碳酸锂0. 3469g，三氧化钼 0. 0063g,柠檬酸0. 2145g，球磨10h，800°C，管式炉氮气气氛下煅烧他，研磨，过150目筛，得所述锂离子电池负极材料改性钛酸锂产品。
实施例2
一种改性钛酸锂及其制备方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分别称取二氧化钛0. 8645g，氢氧化锂0. 2249g，钼酸铵 0. 0078g，葡萄糖0. 1548g，球磨lh，1000°C，管式炉氮气气氛下煅烧他，研磨，过150目筛，得所述锂离子电池负极材料改性钛酸锂产品。
实施例3
一种改性钛酸锂及其制备方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分别称取二氧化钛0. 8645g，硝酸锂0. 6474g，钼酸铵 0. 0078g，蔗糖0. 102g和葡萄糖0. 0825g，球磨20h，600°C，管式炉氮气气氛下煅烧20h，研磨，过150目筛，得所述锂离子电池负极材料改性钛酸锂产品。
实施例4
一种改性钛酸锂及其制备方法
按分子式Li4Ti498Moatl2O12分别称取二氧化钛0. 8645g，氢氧化锂0. 1249和醋酸锂 0. 2755g，钼酸铵0. 0036g和三氧化钼0. 0034,葡萄糖0. 1548g，球磨15h，800°C，管式炉氮气气氛下煅烧15h，研磨，过150目筛，得所述锂离子电池负极材料改性钛酸锂产品。
以上所述仅为了是本领域技术人员理解本发明所列举的几个具体实施例，并非用来限制本发明所要求保护的范围。故凡以本发明权利要求所述的特征、结构及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。
将本发明进行电化学测试以制备得到的改性钛酸锂为活性物质，Super P(超级炭)为导电剂，PVdF(聚偏氟乙烯)做粘结剂，NMP (N-甲基-2-吡咯烷酮)为溶剂调成料浆涂于铜箔上作成极片。以锂片对电极，电解液浓度为lmol/L，聚丙烯微孔膜为电池的隔膜， 组装成测试电池。在充满氢气的手套箱中组装成扣式电池，进行电化学测试。测试电压范围1 3V。将产品按上述方法组装成电池，5C时200次充放电后容量仍在在118mAh/g以上，如图1所示。
权利要求
1.一种改性钛酸锂，其特征在于包括锂源、钛源、碳源和钼源，所述的锂源、钛源和钼源的摩尔比为4 (5 χ) X，其中，5 >x>0;所述碳源按重量百分计算，占含钼钛酸锂的0 30%。
2.制备权利要求1所述改性钛酸锂的方法，其特征在于包括如下制备步骤A、将锂源、钛源、钼源和碳源混合，球磨1 20h；B、将球磨所得混合物在惰性气体保护下，于400 100(TC煅烧6 20h，制得所述改性钛酸锂。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述煅烧是在管式炉中进行的。
4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、 硝酸锂中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述钛源为二氧化钛。
6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述钼源为三氧化钼、钼酸铵中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述碳源为柠檬酸、蔗糖、葡萄糖中的一种或几种混合物。
8.将权利要求1所述改性钛酸锂，其特征在于，将所述改性钛酸锂用来组装成锂离子电池。
全文摘要
本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种改性钛酸锂的制备方法；本发明包括锂源、钛源、碳源和钼源，其制备工艺为将锂源、钛源、钼源和碳源混合，球磨将所得混合物在管式炉中惰性气体保护下，400～1000℃煅烧6～20h；本发明不仅性能稳定、一致性好，而且成本低廉、工艺简单，可以适用于大规模的工业化生产；所得产品5C倍率下充放电，经200次循环后容量依然高达118mAh/g。
文档编号H01M4/485GK102496706SQ20111040971
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者刘 东, 唐致远, 李中延, 王利娟, 王浩, 罗永莉, 闫继, 马莉 申请人:东莞市迈科新能源有限公司, 东莞市迈科科技有限公司, 东莞市迈科锂离子电池工业节能技术研究院