本發明涉及一種鋰離子電池電極材料的制備方法，特別涉及負極活性材料li0.5tio2粉體材料的制備方法。本發明屬于功能材料領域。

背景技術：

近年來，隨著可隨身攜帶的消費類電子產品以及新能源電動汽車的迅猛發展，人們對鋰離子電池的容量、循環壽命以及安全性等提出了更高的要求。目前，商業化鋰離子電池的負極活性材料是采用各種石墨類炭材料，但石墨類碳材料因為嵌鋰電位接近金屬鋰，因而有可能析出鋰枝晶，穿透電池隔膜，引起燃燒或者爆炸等事故。近年來，li-ti-o系列化合物作為鋰離子電池電極材料引起了廣泛關注。其中li4ti5o12具有零應變特性、循環壽命長，其嵌鋰電位高于金屬鋰，因而安全性優良。但是li4ti5o12的理論比容量只有175mah/g，而且在20℃時的電導率很低，只有10^-9s/cm，這限制了它的應用。尖晶石結構的liti2o4作為負極材料具有更高的電導率，因此，liti2o4是一種有前景的的負極材料。人們提出了很多制備liti2o4的方法，如kaijiang等采用700℃時在熔融的licl的鹽溶液中電解tio2(銳鈦礦)制備liti2o4(journalofpowersources175(2008)575-580)。此外，li0.5tio2也可以作為鋰離子電池的負極材料，如a.kuhn等采用兩步法高溫反應制備li0.5tio2(journalofpowersources92(2001)221-227)，

li2co3+tio2(r)→li2tio3+co2

li2tio3+1/2ti+5/2tio2→4li0.5tio2。

本發明利用li2tio3作為原料，通過簡便的鎂熱還原的方法制備出li0.5tio2粉體材料。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種li0.5tio2粉體材料的制備方法。這種材料具有電化學性能優良且制備工藝比較簡便、能耗低、成本低廉的優點。

本發明是通過以下方案實現：

1.將tio2粉末與li2co3按一定的摩爾比充分研磨混合，然后在加熱爐中在高純氬氣氣氛下于650℃保溫8h得到li2tio3。

2.將li2tio3與mg粉按照一定摩爾比充分研磨混合，并將混合后的粉末放入加熱爐中加熱并通入高純氬氣作為保護氣體。反應溫度在600～640℃保溫3～6h。將反映產物在酸性溶液中洗滌，并過濾干燥，得到li0.5tio2粉體材料。

與現有技術相比，本發明具備以下優點：

1.采用本發明所制備的li0.5tio2粉體材料具備較高的比容量，優良的充放電循環穩定性。

2.本發明所需的制備溫度低，高效節能，且工藝流程簡便，成本低廉，易于工業化生產。

附圖說明

圖1li2tio3的(a)x射線衍射譜以及(b)掃描電鏡照片。

圖2li2tio3與mg粉在600℃保溫6h得到的li0.5tio2的(a)x射線衍射譜以及(b)掃描電鏡照片；(c)li0.5tio2的恒流充放電循環性能。

圖3li2tio3與mg粉在620℃保溫4h得到的li0.5tio2的(a)x射線衍射譜以及(b)掃描電鏡照片；(c)li0.5tio2的恒流充放電循環性能。

圖4li2tio3與mg粉在640℃保溫3h得到的li0.5tio2的(a)x射線衍射譜以及(b)掃描電鏡照片；(c)li0.5tio2的恒流充放電循環性能。

具體實施方式

實施例1

將tio2粉末與li2co3按照1:1.05的摩爾比分別稱取相應質量，然后將兩種材料充分研磨混合均勻。將混合后的樣品盛裝在剛玉坩堝中，并在通有高純氬氣的管式爐中在650℃保溫8h得到li2tio3粉體材料。

將li2tio3與mg按2:1.05的摩爾比稱取相應質量的兩種樣品，充分研磨混合，將充分混合好的樣品盛放在剛玉坩堝內，然后放入通有高純氬氣的管式爐中600℃保溫6h進行鎂熱還原反應。將反應后得到的產物放入稀鹽酸溶液中攪拌1h，然后將剩余物用酒精和去離子水反復洗滌、離心并干燥，得到li0.5tio2粉體材料。

圖1(a)是li2tio3的x射線衍射譜，與li2tio3的標準譜(pdf#33-0831)完全相符，表明該條件下可以得到純相的li2tio3。圖2(b)是li2tio3的掃描電鏡照片，從圖中可以看出，li2tio3的顆粒尺寸在100～300nm左右。

圖2(a)是鎂熱還原產物的x射線衍射譜，與六角結構的litio2的標準圖譜(pdf#40-1053)完全吻合。電感耦合等離子體原子發射光譜分析表明，產物中li:ti的原子比是0.5:1，因此產物為li0.5tio2。圖2(b)是li0.5tio2粉體材料的掃描電鏡照片，其顆粒尺寸在100～200nm之間。將li0.5tio2粉體材料制備成鋰離子實驗電池，圖2(c)是li0.5tio2在電流密度0.11macm^-2電流密度條件下的循環性能。首次的充電/放電比容量為137.9/309.9mah/g，100次循環后分別為44.9/45.4mah/g。

實施例2

將制備得到的li2tio3與mg按2:1.2的摩爾比稱取相應質量的兩種樣品，充分研磨混合，將充分混合好的樣品盛放在剛玉坩堝內，然后放入通有高純氬氣的管式爐中于620℃保溫4h進行鎂熱還原反應。將反應后得到的產物放入稀鹽酸溶液中攪拌1h，然后將剩余物用酒精和去離子水反復洗滌、離心并干燥，得到li0.5tio2粉體材料。

圖3(a)是鎂熱還原產物的x射線衍射譜，與litio2的標準圖譜(pdf#40-1053)相符。電感耦合等離子體原子發射光譜分析表明，產物中li:ti的原子比是0.5:1，因此產物為li0.5tio2。圖3(b)是其掃描電鏡照片，li0.5tio2粉體的顆粒尺寸在100nm左右。將li0.5tio2粉體材料制備成鋰離子實驗電池，圖3(c)是li0.5tio2在電流密度0.11macm^-2條件下的循環性能。首次的充電/放電比容量為136.49/289.5mah/g，100次循環后其比容量分別為55.1/55.6mah/g。

實施例3

將制備得到的li2tio3與mg按2:1.4的摩爾比稱取相應質量的兩種樣品，充分研磨混合，將充分混合好的樣品盛放在剛玉坩堝內，然后放入通有高純氬氣的管式爐中于640℃保溫3h進行鎂熱還原反應。將反應后得到的產物放入稀鹽酸溶液中攪拌1h，然后將剩余物用酒精和去離子水反復洗滌、離心并干燥，得到li0.5tio2粉體材料。

圖4(a)是鎂熱還原產物的x射線衍射譜，與litio2的標準圖譜(pdf#40-1053)相符。電感耦合等離子體原子發射光譜分析表明，產物中li:ti的原子比是0.5:1，因此產物為li0.5tio2。圖4(b)是li0.5tio2粉體材料的掃描電鏡圖片，li0.5tio2顆粒尺寸在100～200nm之間。將li0.5tio2粉體材料制備成鋰離子實驗電池，圖4(c)是li0.5tio2在電流密度0.11macm^-2條件下的循環性能。首次的充電/放電比容量為109.9/272.6mah/g，100次循環后其比容量分別為58.7/59.2mah/g。