[发明专利]溶胶凝胶法一步合成Li2ZnTi3O8/C纳米复合物及其应用

说明书

技术领域

本发明属于属于电池材料学领域，具体涉及一种溶胶凝胶法一步合成的Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池的核心是储锂材料。目前，石墨是广泛应用于商业化锂离子电池的负极材料。但石墨嵌锂电位低，在充放电过程中石墨表面可能引起金属锂的沉积，存在一定的安全隐患。最近，尖晶石Li₄Ti₅O₁₂及其相关的钛氧化合物等由于具有良好的循环性能及无毒、安全等优点而成为较有前景的负极材料。但是Li₄Ti₅O₁₂的理论容量只有石墨的一半且其嵌锂电位较高，因而开发具有良好循环性能且较高容量的负极材料仍然是该领域的研究重点。

目前还未有利用溶胶凝胶的方法一步合成Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物及其在锂电池中的应用的相关文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶胶凝胶法一步合成的Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物及其制备方法和应用，将此Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物运用在锂电池中，展现出优异的循环性能及较高的比容量。在电流密度为0.2A g^-1经过100次循环后，其比容量可达290mA h g^-1；在电流密度为1A g^-1经过100次循环后，其比容量仍可达220mA h g^-1。本发明首次提供了利用溶胶凝胶一步合成Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种溶胶凝胶法一步合成的Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物中碳质量含量为3.5%。所述的Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物是由粒径尺寸在15-30nm之间的一次粒子累积形成的亚微米二次粒子。

一种如上所述的溶胶凝胶法一步合成Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物的方法，将3mmol钛酸异丙酯、1mmol的Li₂CO₃·2H₂O、1mmol的(CH₃COO)₂Zn·2H₂O和10mL的乙醇在70℃水浴条件下搅拌成胶，然后将该胶置于700℃的氩气氛围下煅烧3小时，即制得Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物。

一种如上所述的溶胶凝胶法一步合成的Li₂ZnTi₃O₈/C纳米复合物的应用，锂电池组装：按质量比Li₂ZnTi₃O₈/C：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝80：10：10混合研磨后均匀地涂在0.25 cm²的铜片上做正极，参比电极和对电极均为金属锂，电解质是1M LiClO₄的EC+DEC+EMC溶液；所述的EC+DEC+EMC溶液中EC、DEC、EMC的体积比为1：1：1；所有组装均在手套箱里进行。