及其合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池負(fù)極材料Li3Ti4CoCrO12及合成方法。合成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，由80-84份二氧化鈦、31-35份氫氧化鋰、17.3-21.1份三氧化二鉻、17-20.7份一氧化鈷、400份去離子水組成，其合成過程即將二氧化鈦與去離子水總量的一半混合均勻，然后將三氧化二鉻和一氧化鈷依次加入到其中，攪拌均勻后球磨，獲得納米尺寸的漿料，將氫氧化鋰溶解在剩余一半去離子水中得氫氧化鋰水溶液，將納米尺寸的漿料、氫氧化鋰水溶液混合，球磨，得到的前驅(qū)液噴霧干燥后經(jīng)高溫煅燒即得具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性、使用壽命長及良好的電化學(xué)性能的鋰離子電池負(fù)極材料Li3Ti4CoCrO12。
【專利說明】-種鋰離子電池負(fù)極材料L i 3T i 4C〇Cr012及其合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料Li3Ti4C 〇Cr012及其合成方法，屬于新能源材 料領(lǐng)域，在鋰離子電池領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。

【背景技術(shù)】
[0002] 能源和環(huán)境是人類在21世紀(jì)必須面對的兩個嚴(yán)峻問題。一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的快速 發(fā)展，人類對于能源的需求也是越來越迫切，能源領(lǐng)域的危機(jī)日益嚴(yán)重。另一方面，由于人 類過度使用化石能源造成的全球性的環(huán)境污染和氣候惡化進(jìn)一步威脅著人類賴以生存的 家園。為了更好的應(yīng)對環(huán)境污染以及能源枯竭帶來的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)低碳社會就要求我們研究 開發(fā)出高效、安全、無污染和可循環(huán)再生的新能源體系。鋰離子電池以其體積小、重量輕、無 污染等優(yōu)點脫穎而出，越來越受到人們的關(guān)注，我國863計劃中也將發(fā)展電動車列為重要 的發(fā)展方向。鋰(離子）電池作為最新一代的化學(xué)電源，成為人們關(guān)注的焦點。
[0003] 鋰離子電池是1990年日本SONY公司研制出并開始實現(xiàn)商品化的一種高效儲能 產(chǎn)品，與其他電池相比，鋰離子電池的工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、比能量高、無記憶效應(yīng)、 無污染、自放電小、循環(huán)壽命長。
[0004] 加拿大研究者K. Zaghib在1996年第一次提出了選用鈦酸鋰作為負(fù)極材料與 高電壓正極材料構(gòu)成鋰離子蓄電池（K. Zaghib, Solid state lithium ion batteries using carbon or an oxide as negative electrode, Proceedings of Lithium Polymer Batteries (ISBN 1 56677 167 6))，或者與碳電極組成電化學(xué)混合電容器。尖晶石型鈦酸 鋰的放電電壓可達(dá)到1. 55V，同時鈦酸鋰具有Li+三維擴(kuò)散通道，能夠進(jìn)行大倍率充放電，并 且在充放電過程當(dāng)中材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變。"零應(yīng)變"的鈦酸鋰具有極佳的循環(huán)性能和安 全性能。但是，1^4115012的電子電導(dǎo)率低導(dǎo)致其在高倍率下電化學(xué)性能較差，而且在電池充 放電過程中會產(chǎn)生脹氣問題嚴(yán)重的影響了電池的循環(huán)壽命，這些都限制了鈦酸鋰的實際應(yīng) 用。
[0005] 要想發(fā)揮鈦酸鋰材料的優(yōu)異性能，必須解決現(xiàn)有鈦酸鋰負(fù)極材料中存在電子電導(dǎo) 率低，以及電池在充放電過程中存在脹氣等問題，需要開發(fā)新型高性能鈦酸鹽體系的負(fù)極 材料來滿足工業(yè)界的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的為了解決現(xiàn)有的負(fù)極材料存在的電子電導(dǎo)率低、循環(huán)穩(wěn)定性差等技 術(shù)問題，而提供一種鋰離子電池負(fù)極材料Li3Ti4C〇Cr012及其合成方法，該鋰離子電池負(fù)極 材料Li3Ti4C〇Cr012具有較高的比容量，較高的電子電導(dǎo)率，良好的循環(huán)穩(wěn)定性和良好的電 化學(xué)性能。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)原理 基于Li4Ti5012尖晶石結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中采用鈷元素和鉻元素來部分取代鋰、鈦元素，通過 納米球磨和高溫固相合成制備得到具有尖晶石結(jié)構(gòu)的Li3Ti4C〇Cr0 12新型負(fù)極材料。該取代 過程設(shè)計如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種鋰離子電池負(fù)極材料Li3Ti4C〇Cr0 12的合成方法，其特征在于其合成過程中使用 的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 80-84份 氫氧化鋰 31-35份 三氧化二鉻 17. 3-21. 1份 一氧化鈷 17-20. 7份 去離子水 400份 其合成方法具體包括如下步驟： (1 )、將80-84份二氧化鈦加入到200份去離子水中，攪拌得到二氧化鈦懸浮液； 然后將17. 3-21. 1份三氧化二鉻和17-20. 7份一氧化鈷依次加入到二氧化鈦懸浮液 中，攪拌均勻后，所得的混合液倒入球磨機(jī)中球磨，控制顆粒D50的尺寸為270-330nm，得到 納米尺寸的楽料； (2) 、將31-35份氫氧化鋰溶解在200份去離子水中得到氫氧化鋰水溶液，將所得氫氧 化鋰水溶液加入到上述步驟（1)球磨機(jī)中的納米尺寸的楽料中，繼續(xù)球磨lh出料，得到灰 色漿料； (3) 、將步驟（2)所得的灰色漿料控制攪拌速度為120r/min，進(jìn)風(fēng)溫度為160°C下進(jìn)行 噴霧干燥，得到的前驅(qū)體粉料控制溫度為750-950°C進(jìn)行煅燒2h，即得鋰離子電池負(fù)極材料 Li3Ti4CoCr012〇
2. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 82份 氫氧化鋰 33份 三氧化二鉻 19. 2份 一氧化鈷 19份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為300nm，步驟（3)的煅燒溫度為850°C。
3. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 82份 氫氧化鋰 33份 三氧化二鉻 19. 2份 一氧化鈷 19份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為270nm，步驟（3)的煅燒溫度為750°C。
4. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 82份 氫氧化鋰 33份 三氧化二鉻 19. 2份 一氧化鈷 19份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為330nm，步驟（3)的煅燒溫度為950°C。
5. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 80份 氫氧化鋰 35份 三氧化二鉻 21. 1份 一氧化鈷 17份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為270nm，步驟（3)的煅燒溫度為850°C。
6. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 80份 氫氧化鋰 35份 三氧化二鉻 21. 1份 一氧化鈷 17份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為330nm，步驟（3)的煅燒溫度為750°C。
7. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 80份 氫氧化鋰 35份 三氧化二鉻 21. 1份 一氧化鈷 17份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為300nm，步驟（3)的煅燒溫度為950°C。
8. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 84份 氫氧化鋰 31份 三氧化二鉻 17. 3份 一氧化鈷 20. 7份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為330nm，步驟（3)的煅燒溫度為850°C。
9. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于合 成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 84份 氫氧化鋰 31份 三氧化二鉻 17. 3份 一氧化鈷 20. 7份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為300nm，步驟（3)的煅燒溫度為750°C。
10. 如權(quán)利要求1中所述鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012的合成方法，其特征在于 合成過程中所用的原料，按質(zhì)量份數(shù)計算，其所用的原料組成及含量如下： 二氧化鈦 84份 氫氧化鋰 31份 三氧化二鉻 17. 3份 一氧化鈷 20. 7份 去離子水 400份 其合成過程步驟（1)中控制顆粒D50的尺寸為270nm，步驟（3)的煅燒溫度為950°C。
11. 如權(quán)利要求1-10中任一合成方法所得的鋰離子電池負(fù)極材料Li 3Ti4CoCr012。
【文檔編號】H01M4/1391GK104505489SQ201410842374
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】常程康, 郭倩, 鄧玲, 蔡元元, 王永強(qiáng), 陳茜 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院