[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

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，具体的说是涉及一种钛酸锂/碳纳米管复合负极材料的制备方法，属于电池材料技术领域。

背景技术

锂离子电池是近几年发展起来的一种新型储能电池，以其循环寿命长、工作电压平台稳、价格低廉及无污染等优点受到人们的关注，现已广泛应用于电动汽车、风能储能、移动电站等领域。

目前，锂离子电池负极多采用石墨类材料，但石墨类负极材料由于循环寿命差、安全性低等缺陷限制了其在电池领域的广泛应用。尖晶石型钛酸锂是一种零应变材料，具有循环性能好、不与电解液反应、充放电电压平台平稳、安全性高、价格低且容易制备等优点，是制备长寿命、高安全性电池的理想负极材料。然而，尖品石型钛酸锂材料自身电子电导和离子电导较低，在大电流充放电时容量衰减快，倍率性能较差，影响其在大电流充放电条件下的应用，因此改善倍率性能成为钛酸锂实用化进程的关键。

目前，提高Li₄Ti₅0₁₂倍率性能主要通过两个途径：一是将钛酸锂制备成纳米钛酸锂材料；二是掺杂导电金属和碳材料。中国专利（公开号：CN101630732A）公开了采用溶胶-凝胶法将一定比例的碳纳米管分散液与钛、锂化合物及掺杂元素溶液混合均匀后，加热干燥制得凝胶前躯体，惰性气氛下烧结得到一种碳纳米管包覆粒径为纳米级的钛酸锂复合物的制备方法。同样中国专利（申请号：201110000627.3）也公开了一种在钛酸锂中直接掺杂碳纳米管制备负极复合材料，从而提高电池倍率性能的方法。然而，上述方法制得的复合负极材料，碳纳米管与钛酸锂只是简单混合在一起，其中碳纳米管在钛酸锂表面分布均匀性和结合力均较差，对电池倍率性能的提高幅度十分有限。

中国专利（公告号：CN101969112A）公开了一种负极材料的制备方法，将负极材料与催化剂按质量比为100:（0.1～5）机械混合后，加入加热反应装置中，通以碳源气体，并通以保护气体作为载源气体，升温到400～900℃之后保温1～72小时后冷却，形成负极材料、催化剂与碳纳米管的混合物；再将混合物与氧化剂按照质量比为1:（1～100）加入反应釜中，加水搅拌成糊状物；再将糊状物加热到50～400℃下反应1～20小时，制得表面包裹有碳纳米管的复合负极材料。然而该方法反应过程复杂，制得的负极材料稳定性较差，采用氧化步骤会破坏钛酸锂自身的稳定结构，最终影响电池的循环性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛酸锂/碳纳米管复合负极材料的制备方法，以提高电池的倍率性能和循环性能。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钛酸锂/碳纳米管复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：在粒径为0.3～10μm的钛酸锂粉末中加入粒径为30～100nm的催化剂粉末混匀，将混合粉末在氢气氛围下加热至600～800℃，而后在温度为800～1200℃下通入乙炔气体，再恒温24～48小时，将恒温后的产物在惰性气体保护下冷却至室温，去除催化剂即得。

所述的催化剂为铁、钴、镍、硝酸铁、硝酸镍、氯化铁或氯化镍。

所述的钛酸锂粉末与催化剂的重量比为钛酸锂粉末:催化剂=10:（0.1～1）。

所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气。

所述的钛酸锂粉末可以通过常规方法制备得到，也可以为市售商品。本发明仅提供一种具体的制备钛酸锂粉末的方法，步骤如下：按照摩尔比为锂:钛:分散剂=1:（1.2~2）:（3～8）取锂源、钛源及分散剂，混匀后球磨至粉末粒度为0.5～5μm，干燥，在惰性气体保护下将干燥后的粉末在600～1000℃下煅烧1～48小时，将煅烧后的粉末球磨至粒度为0.3～10μm即得钛酸锂粉末。

所述的锂源为碳酸锂、乙酸锂、硝酸锂或氢氧化锂。

所述的钛源为二氧化钛。

所述的分散剂为无水乙醇。

本发明的有益效果：

本发明采用化学气相沉积法在钛酸锂表面生长碳纳米管，其与直接在钛酸锂中掺杂碳纳米管相比具有分散均匀、结合力强等特性，同时生长的碳纳米管更易在钛酸锂表面形成网络结构，对提高电池在大倍率放电条件下材料的结构稳定起到重要作用。

本发明锂离子电池通过利用碳纳米管的高导电性及其形成的网络结构以提高与钛酸锂的接触机率，降低内阻、减小极化，同时碳纳米管较大的比表面积又可以提高负极材料的吸液保液能力，从而提高电池的大倍率放电能力和电池的循环能力。