[发明专利]纳米钛酸锂复合物及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及纳米钛酸锂复合物及其制备方法，特别是涉及一种以碳纳米管为包覆材料的纳米钛酸锂复合物及其制备方法。 

【背景技术】

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是一种循环性能好、有很好的充放电平台、理论比容量较大、不与电解液反应的新型负极材料。利用钛酸锂做锂离子电池的负极材料具有更好的电化学性能和安全性能，表现在：一、钛酸锂的理论比容量为175mAh/g，实际比容量约为165mAh/g，几乎与理论容量相等并集中在充放电平台区域；二、利用钛酸锂纳米晶体做阳极，表面积极大(每克约100平方米，而现有碳负极材料的比表面积每克仅3平方米)，可使电子迅速进入和离开阳极，完成迅速放电，提供强电流；三、在锂离子(Li⁺)嵌脱的过程中，结构几乎不发生改变，被誉为“零应变材料”，该特性决定了钛酸锂具有非常好的循环性能，可作为长期使用的二次电池材料；四、不与电解液反应，安全稳定。钛酸锂与商品化的碳负极材料相比，具有更好的电化学性能和安全性；与合金类负极材料相比，更容易制备，成本更低。 

钛酸锂作为锂离子电池负极材料，面临着导电性和大电流充放电性能差、密度低的问题。目前解决导电性问题的方法，主要是通过元素掺杂和包覆导电材料，以改善导电性，从而提高钛酸锂的高倍率性能，同时还要保持其高可逆电化学容量和良好的循环稳定性。 

钛酸锂的合成方法比较多，通常有固相反应法、高能球磨法以及溶胶-凝胶法。这些方法在解决导电性和密度上并未起到明显作用，因而有必 要开发新的合成工艺。 

【发明内容】

本发明旨在解决钛酸锂材料的导电性和倍率放电问题，而提供一种由碳纳米管包覆的，颗粒细小、均匀、纯度高，具有较高充放电容量、良好倍率放电性能、良好循环性能和良好的安全性能的纳米钛酸锂复合物。 

本发明的目的还在于提供该纳米钛酸锂复合物的制备方法。 

为实现上述目的，本发明提供一种纳米钛酸锂复合物，该复合物是由锂化合物、钛化合物、掺杂元素化合物按摩尔比相混合形成混合物A，将混合物A与络合剂按1∶0.1～10的重量比相混合并溶于水形成混合物B，将混合物B与碳纳米管分散液C按其中的混合物A与碳纳米管重量比为100～10∶1的比例采用凝胶--溶胶法混合，形成由碳纳米管包覆的粒径为纳米级的钛酸锂复合物。 

混合物A中锂化合物、钛化合物、掺杂元素化合物的摩尔比Li∶Ti∶掺杂元素为0.75～0.80∶1∶0.01～0.05。 

碳纳米管分散液C是将碳纳米管与助剂按1∶0.01～10的重量比相混合并超声分散到水溶液中而形成。 

碳纳米管在纳米钛酸锂复合物中的重量百分比为0.1～10。 

锂化合物为氧化锂、氢氧化锂、乙酸锂、碳酸锂、硝酸锂、亚硝酸锂、草酸锂、氯化锂、钼酸锂、钒酸锂中的一种或多种的组合。 

钛化合物为二氧化钛、正钛酸、偏钛酸、三氯化钛、四氯化钛、钛酸丁酯、钛酸正丙酯、钛酸四异丙酯、乙酰丙酮氧化钛、钛酸酯偶联剂中的一种或多种的组合。 

掺杂元素化合物为铁、钴、镍、铜、镁、铝、锌、锰、锆、铌、铬、锡、钨的化合物及稀土元素化合物中的一种或多种的组合。 

络合剂为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸、水杨酸、琥珀酸、甘氨酸、 乙二胺四乙酸、蔗糖、葡萄糖中的一种或多种的组合。 

碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种。 

助剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙二醇单辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种或多种的组合。 

本发明也提供了该纳米钛酸锂复合物的制备方法，该方法包括如下步骤： 

a、将锂化合物、钛化合物、掺杂元素化合物按摩尔比Li∶Ti∶掺杂元素为0.75～0.80∶1∶0.01～0.05的比例混合，形成混合物A； 

b、将混合物A与络合剂按1∶0.1～10的重量比相混合并溶于水，形成混合物B； 

c、将碳纳米管与助剂按1∶0.01～10的重量比相混合并超声分散到水溶液，形成碳纳米管分散液C； 

d、将所述混合物B与碳纳米管分散液C按其中的混合物A与碳纳米管的重量比为100～10∶1的比例混合；