[发明专利]一种球形花状Li4Ti5O12-TiO2复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种球形花状Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂复合电极材料的制备方法。

背景技术

随着能源危机的日益加剧和地球环境的不断恶化，节能、绿色、低碳成为人类未来可持续发展的主旋律。电动汽车凭借其节能、环保的优点日渐受到人们的青睐和重视，而锂离子电池以其工作电压高、能量密度高、使用寿命长、环境污染小等优点成为电动汽车的理想动力源。电池材料是锂离子电池的核心，它对电池的性能起决定性影响。因此，要获得高功率锂离子电池的关键是开发性能优异的电池材料。

尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂以其具有优异的循环稳定性、高的安全性成为很有发展潜力的动力型锂离子电池负极材料，受到学术界和产业界的广泛关注。但是由于Li₄Ti₅O₁₂材料的电子电导率较低(<10^-13S·cm^-1)，使其在大电流密度下充放电时电化学极化大，容量衰减较快；而且，该材料的可逆容量一般为150～165mAh·g^-1(理论容量为175mAh·g^-1)，与商品化的碳材料及非碳材料(如锡基、硅基和3d过渡金属氧化物等)相比较低，因此，在一定程度上制约了其大规模商业化应用。

TiO₂具有快速的锂离子嵌/脱性能和较高的理论容量(336mAh·g^-1)和低的体积膨胀率，因此，将TiO₂引入Li₄Ti₅O₁₂材料中，有可能增加材料的容量。澳大利亚M.M.Rahman等采用熔盐法合成出Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂纳米粒子，在1C倍率下，经过100次循环后的放电容量为138mAh·g^-1(Rahman.M.M.,Wang.J.Z.,Hassan.M.F.,Chou.S.,Wexler.D.,Liu.H.K..Basic molten salt process-A new route for synthesis of nanocrystalline Li4Ti5O12-TiO2anode material for batteries using eutectic mixture of LiNO3-LiOH-Li2O2.J.Power Source.,2010,195(13):4297-4303)。中南大学李新海等采用一种简易绿色的合成方法合成出类花瓣Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂纳米片，表现出优异的电化学性能(Wu.F.,Li.X.,Wang.Z.,Guo.H..Petal-like Li4Ti5O12-TiO2nanosheets as high-performance anode materials for Li-ion batteries.Nanoscale,2013,5:6936-6943)。此外，我们在总结大量前人的研究工作中发现Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂复合材料的形貌、尺寸等均对复合材料的性能有较大影响。但是到目前为止，球形花状Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂复合材料的合成还未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球形花状Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂复合电极材料的制备方法，解决了现有的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂在大电流密度下充放电时电化学极化大，容量衰减较快的问题，并且提高了材料的可逆容量以及倍率性能。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

(a)将十六烷基三甲基溴化铵溶解于乙二醇溶剂中；

(b)将四异丙醇钛加入到上述溶液中，磁力搅拌1-60分钟，得到澄清溶液；