Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN109473654A - Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法 - Google Patents

Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109473654A
CN109473654A CN201811399130.1A CN201811399130A CN109473654A CN 109473654 A CN109473654 A CN 109473654A CN 201811399130 A CN201811399130 A CN 201811399130A CN 109473654 A CN109473654 A CN 109473654A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tin
preparation
tic material
tic
tio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811399130.1A
Other languages
English (en)
Inventor
孟伟巍
闫蓓蕾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN201811399130.1A priority Critical patent/CN109473654A/zh
Publication of CN109473654A publication Critical patent/CN109473654A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明属于化学电源中锂离子电池负极材料领域，具体涉及Li4Ti5O12‑TiN‑TiC材料及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种Li4Ti5O12‑TiN‑TiC材料的制备方法，包括以下步骤：TiO2、Li2CO3、C和金属Ti混匀所得混合物在氮气气氛下850～900℃烧结，得到Li4Ti5O12‑TiN‑TiC材料。本发明方法一步修饰Li4Ti5O12制备得到的Li4Ti5O12‑TiN‑TiC材料，该材料具有比Li4Ti5O12更好的倍率性能。

Description

Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电源中锂离子电池负极材料领域，具体涉及Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法。
背景技术
钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池负极材料，具有超高安全性、超长循环性、宽泛工作温度的优点，然而也存在较高工作电压1.55V(vs.Li+/Li)、较低理论容量175mAhg-1、使用过程中容易产生气体、高倍率性能较差的缺点。结合锂电池应用领域综合分析，可得出如下结论：一方面，较高锂化电压、较低可逆容量，不适合作为3C数码锂离子电池负极材料；另一方面，超高安全性、超长循环性、宽泛工作温度，较适合作为电动汽车、电网调峰、光伏空调供电等大规模储能锂离子电池负极材料。
由于钛酸锂材料属于稳定的Ti-O化合物结构，一方面循环性能良好，另一方面电子与外部离子在晶格中迁移速率缓慢。钛酸锂材料的电子电导率为(ca.10-8～10-13S cm-1)，离子扩散系数为(ca.10-9～10-16cm2s-1)，在高倍率充放电可逆容量衰减过快，致使高倍率性能表现不佳，因此提高其倍率性能具有十分重要的意义。
现有方法提高钛酸锂材料倍率性能的方法非常多，各有自身优缺点。例如通过水热合成，高温气体还原过程，能够在钛酸锂表面形成导电物质TiN，从而提高钛酸锂材料的电子导电性，从而提高材料的倍率性能。但是该方法制备过程复杂，所用药品昂贵。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明方法提供了一种Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法，该方法制备得到的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料具有比Li4Ti5O12更好的导电性。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法。该方法包括以下步骤：TiO2、Li2CO3、C和金属Ti混匀所得混合物在氮气气氛下850～900℃烧结，得到Li4Ti5O12-TiN-TiC材料。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，所述TiO2中Ti与Li2CO3中锂的摩尔比为5～5.5﹕4。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，所述C为石墨粉或碳粉。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，所述C的添加量为TiO2和Li2CO3总质量的1～2％。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，所述金属Ti粒度小于50微米。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，所述金属Ti的添加量为TiO2和Li2CO3总质量的3～5％。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，当焙烧物质质量在5g以内时，氮气流量为2m3/h。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，升温至烧结温度的升温速率为10℃min-1。
具体的，上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法中，所述烧结时间为6～8h。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法制备得到的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料。
本发明方法通过一步固相烧结成功地在Li4Ti5O12上添加了TiN和TiC，从而提高了材料的电子导电性。本发明方法得到的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料具有比Li4Ti5O12更好的倍率性能。
附图说明
图1、本发明Li4Ti5O12-TiN-TiC和纯相Li4Ti5O12的XRD图；
图2、本发明Li4Ti5O12-TiN-TiC和纯相Li4Ti5O12的拉曼谱图；
图3、纯相Li4Ti5O12和本发明Li4Ti5O12-TiN-TiC充放电曲线；其中，a)纯相Li4Ti5O12充放电曲线，b)Li4Ti5O12-TiN-TiC充放电曲线。
具体实施方式
本发明通过固相合成方法，以TiO2为钛源，Li2CO3为锂源，添加金属钛粉和石墨粉或碳粉作为混合还原剂，混合物在850～900℃下流动的氮气中烧结6～8h，通过还原反应将生成的钛酸锂中的Ti4+还原为Ti3+，分别与N2和C生成TiN和TiC，从而形成TiN和TiC双改性LTO-TiN-TiC复合材料，固体粉末变成黑蓝色粉末，从而产生稳定的Li4Ti5O12-TiN-TiC。本发明方法过程中金属钛粉与石墨粉、氮气发生反应，共掺杂提高钛酸锂的电子导电性，从而提高钛酸锂倍率性能。
实施例1
以13.1g TiO2作为反应的初始钛源、4.88gLi2CO3作为反应的初始锂源，添加4％的金属钛粉和2％的石墨粉，在玛瑙研钵中，首先将TiO2和Li2CO3使用玛瑙研磨棒混合均匀，再向混合物中按照比例加入石墨粉和金属钛粉，再使用不锈钢药匙混合均匀，将上述物质放入管式炉中，在N2气体保护下，在最高焙烧温度850℃的条件下焙烧6h，得到Li4Ti5O12-TiN-TiC复合材料。
实施例2
以13.1g TiO2作为反应的初始钛源、4.88gLi2CO3作为反应的初始锂源，添加3％的金属钛粉和1％的石墨粉，在玛瑙研钵中，首先将TiO2和Li2CO3使用玛瑙研磨棒混合均匀，再向混合物中按照比例加入石墨粉和金属钛粉，再使用不锈钢药匙混合均匀，将上述物质放入管式炉中，在N2气体保护下，在最高焙烧温度900℃的条件下，焙烧8h，得到Li4Ti5O12-TiN-TiC复合材料。

Claims (10)

1.Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：TiO2、Li2CO3、C和金属Ti混匀所得混合物在氮气气氛下850～900℃烧结，得到Li4Ti5O12-TiN-TiC材料。
2.根据权利要求1所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：所述TiO2中Ti与Li2CO3中锂的摩尔比为5～5.5﹕4。
3.根据权利要求1所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：所述C为石墨粉或碳粉。
4.根据权利要求2或3所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：所述C的添加量为TiO2和Li2CO3总质量的1～2％。
5.根据权利要求1所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：所述金属Ti粒度小于50微米。
6.根据权利要求1或5所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：所述金属Ti的添加量为TiO2和Li2CO3总质量的3～5％。
7.根据权利要求1～6任一项所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：当焙烧物质质量在5g以内时，氮气流量为2m3/h。
8.根据权利要求1～7任一项所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：升温至烧结温度的升温速率为10℃min-1。
9.根据权利要求1～8任一项所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法，其特征在于：所述烧结时间为6～8h。
10.由权利要求1～9任一项所述的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料的制备方法制备得到的Li4Ti5O12-TiN-TiC材料。
CN201811399130.1A 2018-11-22 2018-11-22 Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法 Pending CN109473654A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811399130.1A CN109473654A (zh) 2018-11-22 2018-11-22 Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811399130.1A CN109473654A (zh) 2018-11-22 2018-11-22 Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109473654A true CN109473654A (zh) 2019-03-15

Family

ID=65673272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811399130.1A Pending CN109473654A (zh) 2018-11-22 2018-11-22 Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109473654A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118507695A (zh) * 2024-07-16 2024-08-16 深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司 一种固态电解质包覆的石墨负极材料及其制备方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442695A (zh) * 2010-10-09 2012-05-09 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池钛酸锂材料的制备方法
US20150017524A1 (en) * 2013-07-15 2015-01-15 Posco Chemtech Co., Ltd. Electrode active material for rechargeable lithium battery, method for preparing the same, electrode including the same, and rechargeable lithium battery including the electrode
CN107808954A (zh) * 2017-10-19 2018-03-16 清华大学深圳研究生院 一种钛酸锂包覆硬碳复合材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442695A (zh) * 2010-10-09 2012-05-09 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池钛酸锂材料的制备方法
US20150017524A1 (en) * 2013-07-15 2015-01-15 Posco Chemtech Co., Ltd. Electrode active material for rechargeable lithium battery, method for preparing the same, electrode including the same, and rechargeable lithium battery including the electrode
CN107808954A (zh) * 2017-10-19 2018-03-16 清华大学深圳研究生院 一种钛酸锂包覆硬碳复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BEILEI YAN ET AL: "Towards ultrafast lithium-ion batteries: A novel atomic layer deposition-seeded preparation of Li4Ti5O12-TiN-TiC anodes", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118507695A (zh) * 2024-07-16 2024-08-16 深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司 一种固态电解质包覆的石墨负极材料及其制备方法与应用
CN118507695B (zh) * 2024-07-16 2024-09-13 深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司 一种固态电解质包覆的石墨负极材料及其制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106299296B (zh) 一种核壳结构的磷酸锰铁锂材料及其制备方法和用途
CN103236534B (zh) 一种锂离子电池氧化硅/碳复合负极材料的制备方法
CN108376767A (zh) 一种红磷/氮掺杂石墨烯复合负极材料及其制备方法和应用
CN103346317B (zh) 复合掺杂及包覆型锂离子电池正极材料LiFePO4及其制备方法
CN108899580A (zh) 一种锂离子固体导体、其制备方法及全固态锂电池
CN103794777B (zh) 一种表面包覆的镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN104795555B (zh) 一种水溶液钠离子电池及其正极材料、制备方法和用途
CN102479950A (zh) 铌酸钛复合材料、其制备方法及含该复合材料的负极和电池
CN104091949A (zh) 一种炭包覆金属氟化物核壳结构纳米材料、制备方法及其作为锂电池正极材料的应用
CN104600248B (zh) 一种锂离子电池用硅基负极材料及其制备方法
CN103227324A (zh) 一种锂离子电池氧化铁负极材料的制备方法
CN109817925A (zh) 锂离子二次电池硅氧化物复合负极材料及制法
CN104979563A (zh) 氮化石墨烯锂离子动力电池浆料的制备方法
CN109473647A (zh) 一种锂硫电池正极材料及其制备方法
CN103490055A (zh) 一种镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法
CN109585829A (zh) 一种硅基负极材料及其制备方法和应用
CN109292827A (zh) 一种空心笼状四氧化三铁纳米颗粒及其制备方法
CN106816590A (zh) 一种高容量锂离子电池复合负极材料的制备方法
CN113948681A (zh) 一种生物质基硬碳化合物复合材料及其制备方法和用途
CN106058184A (zh) 一种制备二氧化锡/多孔碳球复合材料的方法
CN103545488A (zh) 基于葡萄糖银镜反应原理制备Si/Ag/C复合负极材料
CN105810901A (zh) 一种Ti3+/Ti4+混合价态的掺杂铁元素的锂离子电池钛酸锂负极材料及其制备方法
CN109473654A (zh) Li4Ti5O12-TiN-TiC材料及其制备方法
CN104868113B (zh) 一种金属氧化物锂离子电池负极材料的制备方法
CN106684385A (zh) 一种Ni3C@洋葱状碳/无定形碳纳米复合物及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190315

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication