[发明专利]一种Li4Ti5O12/C复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属新能源材料技术领域，具体涉及一种用作锂离子电池、超级电容器或者超级电容电池的Li₄Ti₅O₁₂/C复合电极材料的制备方法。

背景技术

当今世界，石油资源日渐紧张，环境污染日趋严重，迫使各国努力寻找可持续发展的新型能源。随着航空航天、国防军工、交通运输、电子信息和仪器仪表，尤其是电动汽车等实际应用对高功率密度、宽温度范围储能体系的需求日趋迫切，以锂离子电池、超级电容器或者超级电容电池为代表的绿色环保储能器件已成为当前关注的焦点。电极材料的性能和制备工艺很大程度上决定着储能器件的性能，所以电池材料的研究尤为重要。

尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)理论嵌锂电位为1.55V(vs.Li⁺/Li)，理论比容量为175mAh/g，是一种“零应变”材料，充放电过程中体积几乎不发生变化，具有充放电能力好、循环性能优良、充放电电压平台稳定等优点。同时，钛资源丰富、价格低廉且较易制备。这些优点使其成为锂离子电池、超级电容器或者超级电容电池极具前景的电极材料，有着巨大的研究价值和商业应用前景。

锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、无记忆效应等优点，有望成为电动汽车的主要动力来源之一。目前，石墨类碳负极材料虽已成功地应用于锂离子电池中，但由于碳电极的电位与金属锂的电位很接近，易析出金属锂形成枝晶，存在安全隐患；同时锂离子反复嵌入和脱出，材料结构会受到破坏导致容量衰减。而以Li₄Ti₅O₁₂作为负极材料的锂离子电池，循环寿命高达4000次，明显大于石墨负极；安全性也比金属锂和碳负极好。日本东芝公司于2007年宣布开发基于Li₄Ti₅O₁₂的锂离子电池“SCiB”，旨在用于混合动力领域。美国EnerDel公司也于AABC-07会议上展示了采用Li₄Ti₅O₁₂混合动力车用锂离子电池。

而超级电容器则是另外一种得到快速发展的高功率储能器件，具有功率密度高、大电流充放能力强、循环寿命长等优点，但能量密度较低。典型的超级电容器是两个电极均为活性炭(AC)电极中间加以隔膜构成的对称型电容器。而非对称型超级电容器则是新发展起来的一种介于对称性超级电容器和二次电池之间的新型储能器件，与传统炭/炭对称超级电容器相比，具有更高能量密度；与电池相比，具有更高功率密度和更长寿命。TelcordiaTechnologies(US 6252762，Journal of the Electrochemical Society，2001，148(8)：A930～A939)用Li₄Ti₅O₁₂材料构成Li₄Ti₅O₁₂/AC非对称超级电容器，能量密度达到几十Wh/kg，远高于传统对称型炭/炭超级电容器的能量密度(5～10Wh/kg)。在此基础上，Deng Z H等(Journalof Power Sources，2009，187：635～639)研究了以Li₄Ti₅O₁₂为负极，构成(LiMn₂O₄+AC)/Li₄Ti₅O₁₂超级电容电池。

目前，尖晶石钛酸锂的合成方法比较多，通常有高温固相反应法，熔盐法，溶胶-凝胶法等。