专利名称：一种花球状锂电池负极材料的制备方法
技术领域：
本发明属于锂电池能源材料技术领域，具体涉及一种制备花球状锂电池负极材料的方法——水热法。
背景技术：
随着新能源技术的不断发展，采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染、缓解能源压力的一种有效途径，其中高安全性的锂离子蓄电池已经成为各种电动车辆的理想电源。与此同时，各种锂离子蓄电池正负极材料也得到了广泛的研究，正极材料从钴酸锂、镍钴锰酸锂到磷酸铁锂，而负极材料目前虽然仍以各种石墨类材料为主，但是其它各种负极材料在基础研究方面也得到了迅速的发展，如锡基材料、硅基材料、金属氧化物材料、氮化物材料和钛酸锂材料等。目前，商品化的锂离子蓄电池负极材料大多采用单一的嵌锂碳(素)材料，但碳材料作为锂离子蓄电池负极材料还存在一些缺点由于碳负极电位与金属锂的电位很接近，过充电时易析出枝晶锂，金属锂可能会在碳电极表面析出而引起短路，影响锂电池的安全性能；易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大；与电解液反应产生可燃气体混合物；在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差，因而给电池特别是动力电池造成很大的安全隐患。锂电池负极材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法[HE Hui,CHENG Xuanand ZHANGYing. Structure and performance of lithium battery anode materialLi4Ti5012[J].Chinese Journal of Materials Research, 2007 (2), 21 :82-86.]、高温固相法[方杰，王志兴，李新海，胡维，郭华军，彭文杰，伍凌.烧结温度和时间对Li4Ti5O12电化学性能的影响.[J].中国有色金属学报，1004-0609(2009) 12-2179-07]、水热离子交换法[Rui Xu,Junrong Li,Ao Tan,Zilong Tang and Zhongtai Zhang. Novel lithium titanate hydratenanotubes withoutstanding rate capabilities and long cycle life. [J]. Journal ofPowerSource. 196(2011)2283-2288.]等。但是这些方法或是操作复杂、较难控制，或是烧结温度高、烧结时间长。因此，寻找一种操作简单、烧结温度低、烧结时间短的方法将具有很大的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种具有特殊形貌即花球状锂电池负极材料的制备方法，该方法制备成本低、操作简单、制备周期短且不需要后期热处理，为锂电池的发展研究提供了一个新方向。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是I)将分析纯的可溶性锂盐溶于去离子水中，配制成Li+浓度为I. 8 2. 5mol/L的溶液A ;2)按Li Ti = 0. 78 0. 82的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为I : I 4,所得溶液记为B 3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C ；4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为50% -80%，然后密封反应釜，在120 180°C，反应2 24h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤3 5次，于电热鼓风干燥箱中在60 90°C下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。所述的可溶性锂盐为LiOH H20。本发明的有益的效果体现在I)此方法制备的锂电池负极材料是由片状组装成的花球状结构，其表达式为Lii. 81 . I9Ti2O5 2H20 ；2)用此方法制备电极材料具有多种优点工艺简单，操作方便且不需要后期的热处理，大大降低了生产能耗。
图I为在水热180°C、反应24h的条件下所制备的样品的XRD图。图2、图3和图4是在水热180°C、反应24h的条件下所制备的样品的SEM图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例I :I)将分析纯的可溶性锂盐LiOH -H2O溶于去离子水中，配制成Li+浓度为I. Smol/L的溶液A ；2)按Li Ti = 0. 78的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为I : I，所得溶液记为B ;3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C ；4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为50 %，然后密封反应釜，在120°C，反应24h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤3次，于电热鼓风干燥箱中在60°C下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。将所得的产物用日本理学D/maX2000PCX_射线衍射仪分析样品，发现产物为正交晶系的Lih81Hai9Ti2O5 2H20(JCPDS 47-0123)，见图I。将该样品用日本公司生产的JSM-6700F型扫描电子显微镜进行观察，从图2、图3以及图4中可以看出所制备的Lii.SiH0.19Ti2O5 2H20是由片状组装而成的花球状结构，粒径约为I 10 y m。实施例2 I)将分析纯的可溶性锂盐LiOH -H2O溶于去离子水中，配制成Li+浓度为I. 9mol/L的溶液A ；2)按Li Ti = 0. 80的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为I : 2,所得溶液记为B ;3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C ；
4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为80%，然后密封反应釜，在140°C，反应 20h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤4次， 于电热鼓风干燥箱中在80 V下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。实施例3 1)将分析纯的可溶性锂盐LiOH -H2O溶于去离子水中，配制成Li+浓度为2. Omol/ L的溶液A ；2)按Li Ti = 0. 82的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为I : 3，所得溶液记为B ;3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C ；4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为60%，然后密封反应釜，在160°C，反应 15h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤5次， 于电热鼓风干燥箱中在90 V下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。实施例4 I)将分析纯的可溶性锂盐LiOH -H2O溶于去离子水中，配制成Li+浓度为2. 3mol/ L的溶液A ；2)按Li Ti = 0. 81的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为I : 4，所得溶液记为B ;3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C ；4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为70%，然后密封反应釜，在180°C，反应 2h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤4次， 于电热鼓风干燥箱中在70 V下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。实施例5 1)将分析纯的可溶性锂盐LiOH -H2O溶于去离子水中，配制成Li+浓度为2. 5mol/ L的溶液A ；2)按Li Ti = 0. 79的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为I : 2,所得溶液记为B ;3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C ；4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为65%，然后密封反应釜，在150°C，反应 10h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤5次， 于电热鼓风干燥箱中在65°C下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。
权利要求
1.一种花球状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将分析纯的可溶性锂盐溶于去离子水中，配制成Li+浓度为I.8 2. 5mol/L的溶液A ；2)按Li Ti = 0. 78 0. 82的摩尔比取钛酸丁酯溶于无水乙醇中，钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为I : I 4，所得溶液B ；3)在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中，逐渐形成白色乳状溶液C；4)将溶液C倒入水热反应釜中，填充度为50%-80%，然后密封反应釜，在120 180°C，反应2 24h，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；5)打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤3 5次，于电热鼓风干燥箱中在60 90°C下干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。
2.根据权利要求I所述的花球状锂电池负极材料的制备方法，其特征在于所述的可溶性锂盐为LiOH H2O0
全文摘要
一种花球状锂电池负极材料的制备方法，将分析纯的可溶性锂盐溶于去离子水中得溶液A；将钛酸丁酯溶于无水乙醇中得溶液B；在磁力搅拌下，将A溶液缓慢滴加到B溶液中得溶液C；将溶液C倒入水热反应釜中，然后密封反应釜反应，反应结束后将反应釜取出，空气中冷却至室温；打开水热反应釜，取出产物离心分离，并用去离子水、无水乙醇分别洗涤后干燥得最终产物花球状锂电池负极材料。本发明制备的锂电池负极材料是由片状组装成的花球状结构，其表达式为Li1.81H0.19Ti2O5·2H2O；所制备的电极材料具有多种优点工艺简单，操作方便且不需要后期的热处理，大大降低了生产能耗。
文档编号H01M4/1391GK102616835SQ201210092820
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者吴建鹏, 孟岩, 张振伟, 曹丽云, 王敦强, 黄剑锋 申请人:陕西科技大学