[发明专利]超级电容器钛酸锂复合负极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及超级电容器负极材料，尤其是涉及一种超级电容器钛酸锂复合负极材料制备方法。

背景技术

超级电容电池是指兼具双电层电容储能和锂离子脱嵌储能的一种新储能器件，具有高能量密度和高功率密度，可望在航空航天、国防军工、电动车辆、电子信息和仪器仪表等急需兼具高能量密度、高功率密度等性能储能器件的领域得到广泛应用。目前对超级电容电池储能器件的研究逐渐成为热点。作为超级电容电池关键材料之一的负极材料应兼具锂离子电池负极材料和超级电容器电极材料的特点。

《Electrochemistry Communications》(2009年，第11期，50-53页)介绍了一种固相合成掺杂的钛酸锂Li₄Ti₅Cu_xO_12+x，按照4∶5∶x(x＝0.6)的比例称取锂源、二氧化钛和硝酸铜，加入丙酮混合后球磨48小时，将混合物干燥后置于马弗炉中，在空气气氛以800℃煅烧12小时，自然冷却至室温，再置于研钵内粉碎研细后即得目标产物。该掺杂的铜钛酸锂作为超级电容器负极材料使用时，0.6C首次放电容量为188.9mAh/g，第二次放电容量仅为134.8mAh/g，虽然首次充放电容量较高，但容量损失也较大，因而采用该制备方法制备的材料的导电性能较差，极大限制了其在高倍率放电条件下的应用。另外，《Journal of Alloys and Compounds》(2008年，卷457，400-403页)介绍了一种液相合成包覆铜单质的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂/Cu，是将硫酸铜7.8g、酒石酸钾钠28g和氢氧化钠5g分别溶于去离子水中各自配置成溶液，然后将氢氧化钠溶液滴入硫酸铜与酒石酸钾钠的混合溶液中调节pH值为11.5-12.5。再将混合液过滤，得到滤液共600ml，向滤液中同时加入甲醛7.8ml、钛酸锂粉体5g，在30℃用磁力搅拌12小时，甲醛作为还原剂将铜离子还原为单质铜沉积在钛酸锂颗粒上，用蒸馏水冲洗后在100℃下真空干燥得到产品。该制备方法在钛酸锂中包覆了单质铜提高了材料的电导率，同时也增加了材料的充放电比容量，但是在首次充放电后，容量衰减很大，其1C首次放电容量为209.2mAh/g，第二次循环时衰减到177.5mAh/g，而且在工艺过程中使用了有毒物质甲醛，工艺复杂，步骤繁琐。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种工艺步骤简单，易于实施，负极材料快速充放电能力好，安全性能高，无污染，大倍率充放电性能较为优越的超级电容器钛酸锂复合负极材料制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本超级电容器钛酸锂复合负极材料制备方法，其特征在于，本制备方法包括下述步骤：

A、按照Li₄Ti₅O₁₂中各元素的质量比分别称取Li₂CO₃粉末、TiO₂粉末和适量的分散剂；

B、将上述原料装入混料罐进行混料，然后放入球磨机进行球磨，将球磨后的物料进行干燥，然后进行烧结，烧结完成后冷却至室温；

C、然后在上述产物中加入重量为上述产物重量3-6％的CuO，并进行球磨，将球磨后的物料进行干燥，然后进行烧结，烧结完成后冷却至室温，然后研细干燥，即得超级电容器钛酸锂复合负极材料。

采用本发明方法制备得到的超级电容器钛酸锂复合负极材料较现有超级电容器碳负极材料快速充放电能力好，安全性能高，无污染，大倍率充放电性能较为优越，适合工业化生产，可应用于电动汽车、储能设备、电动工具领域。由本发明方法制备的超级电容器钛酸锂复合负极材料可采用通式Li₄Ti₅O₁₂/CuO，由于加入了导电性良好的金属元素，制备得到的超级电容器钛酸锂复合负极材料不仅克服了现有技术大倍率充放电性能差的缺点，而且具有高的循环稳定性。

在上述的超级电容器钛酸锂复合负极材料制备方法中，在上述的步骤A中，所述的分散剂为酒精。这里的酒精的浓度并不限定，通常以浓度不小于50wt％为宜。酒精的作用是为了使Li₂CO₃粉末和TiO₂粉末混合均匀。