[发明专利]一种钛酸锂/碳纳米管复合负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸锂/碳纳米管复合负极材料的制备方法，属于新能源材料技术领域。

背景技术

随着经济社会的发展，人们对生活品质的追求越来越高，在未来3～5年是一个汽车数量大爆炸的年代。但是石油资源的日益枯竭，国际油价的节节攀升，使得人们难以承受由此带来的负担。虽然国家接连出台低油耗、小排量汽车的优惠政策，但是城市交通的拥挤和汽车数量的增多，难以起到减少油耗的作用。此刻，电动汽车拥有零油耗、零排放的特点，是当今燃油汽车最适合的替代品。当然，电动汽车的动力来源，目前最理想的就是锂离子电池，锂离子电池与其他储能电源相比，有着无可比拟的优势。

在锂离子电池中，负极材料是承担锂储存功能的关键材料。目前,锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳类材料。近年来，对锂离子电池负极材料的研究基本上就是围绕着如何提高材料的储能密度，降低首次充放不可逆容量，提高循环性能及降低成本这些方面进行的。此外，人们在非碳质负极材料的研究方面也取得了一定的进展。在1999年前后，人们才对尖晶石型锂钛复合氧化物Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子二次电池的负极材料开始了大量的研究。Li₄Ti₅O₁₂相对锂电极的电位为1.55V(vs Li/Li⁺)，理论容量为175mAh/g，Li⁺插入和脱嵌对材料结构几乎没有影响,称为“零应变”材料，具有明显的充放电平台，平台容量可达放电容量的90%以上，充放电结束时有明显的电压突变等特性。目前，钛酸锂作为负极材料最突出的一个问题就是材料的固有电导率比较低，这对其应用于大电流充放电设备中有一定影响。

目前，钛酸锂的制备方法主要是固相法和溶胶凝胶法。固相反应受扩散过程控制，在一定反应温度下，时间越长，晶体生长越完整，晶粒越粗大，产物的循环容量也将越大，但与微细晶体相比，粗晶粒的锂离子嵌入反应路径较长，不利于大电流充放电。因此，要合成高性能的材料必须在不同的反应温度下选择合适的烧结时间。溶胶凝胶法是制备纳米级Li₄Ti₅O₁₂的主要方法。由于电极材料粒径越小、粒度分布越均匀，电极各部位电阻、电流密度以及反应状态就越稳定，对电极的整体性能越有利，因此，在大电流下能表现出更好的容量。如果，在导电性上加以提升，钛酸锂负极材料就会有更广的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种复合负极材料钛酸锂/碳纳米管的制备方法，旨在解决材料导电性差的问题，以满足材料的大倍率放电性能和循环稳定性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛酸锂/碳纳米管复合负极材料的制备方法，其特征在于包括如下过程：将钛的化合物溶解在适量的无水乙醇里，为A液；锂化合物溶解在适量的去离子水中，并保持摩尔比n_Li: n_Ti=4～5:5，按产物重量的1～8%加入纳米碳管，然后加入10～80%体积分数的无水乙醇，为B液；搅拌0.5～4小时后，在B溶液中加入适量的有机酸，继续搅拌；此时，在磁力搅拌下，将B溶液缓慢加入到A溶液中，老化1～12小时，为C液；在真空干燥箱中干燥C溶液6～24小时使其变成干凝胶，干凝胶在氮气气氛下250～450℃预烧结1～4小时，再在600～1200℃烧结4～12小时，所得产物经研磨即得钛酸锂/碳纳米管复合负极材料。

所述钛的化合物是钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、硫酸钛、乙酰丙酮钛、羟基二乳酸合钛中的一种或其组合。

所述锂的化合物是氧化锂、碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、草酸锂、氯化锂、氟化锂、磷酸锂、硝酸锂中的一种或其组合。

所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。

所述的有机酸是冰醋酸、亚硝酸、丙醇酸、苯甲酸、苯乙酸、丙烯酸、甲酸、丙酸、丁酸 、草酸中的一种或其组合。

所述的B液以去离子水为溶剂，由于碳纳米管含有亲水性基团，这样利于碳纳米管在分子水平的分散。

所述的干凝胶在氮气气氛下优选在300～450℃预烧结3～4小时，优选在750～850℃烧结6～10小时。