[发明专利]新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用。

背景技术

锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长等显著优势，当前已广泛应用于移动电子设备、国防工业、电动汽车等领域。其中，由于能源和环境保护的需要，电动汽车已成为当前新能源领域中最受关注的行业。因而，开发高性能的锂离子动力电池已成为近年来最热门的研究领域之一。当前，尖晶石锰酸锂、磷酸铁锂等动力电池正极材料已被广泛的研究并取得了较大的进展。然而，对于锂离子动力电池负极材料的研究却相对较少。而传统的石墨在充放电过程中表面可能引起金属锂的沉积，存在一定的安全隐患。因而开发具有快速充放电能力、循环性良好、比容量高的负极材料具有十分重要的意义。

目前还未有此种新型尖晶石钛酸盐纳米线、纳米粒子的制备及其在锂电池中的应用的相关专利报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用方法，该制备方法操作简便，成本低，便于大量合成，制备得到的新型尖晶石钛酸盐纳米材料纯度高，性能好，将其作为锂电池阳极材料应用，有利于提高锂电池的循环稳定性、比容量和充放电速度。

为实现上述目的，本发明提供了一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：

（1）将（0.5~1.5）克二氧化钛粉末和（40~50）毫升浓度为（10~20）摩尔/升的烧碱溶液混合，在（160~200）℃的温度下反应（48~96）小时；

（2）反应物经稀盐酸洗涤后，取（0.1~0.5）克，按一定摩尔比与氢氧化锂以及相应的金属醋酸盐或金属氧化物混合于（10~35）毫升的无水乙醇中，搅拌（20~72）小时后，再在（550~850）℃的温度下焙烧（3~7）小时，制备得到尖晶石钛酸盐纳米材料。

本发明还提供了一种采用如上述方法制备的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的应用，其特征在于：所述尖晶石Li₂MTi₃O₈ (M=Zn,Co,Mg,Cu)纳米材料作为锂电池阳极材料应用于锂电池中，该锂电池的组装方法为：按质量比Li₂MTi₃O₈：聚偏氟乙烯：乙炔黑＝70~75：5~10：15~20混合研磨后均匀地涂在0.25 cm²的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是1M LiClO₄的EC+DMC+EMC，所述溶液中EC：DMC：EMC的体积比为1：1：1。

本发明的有益效果是本发明在较低的温度下，首次合成出高纯度（90%以上）的尖晶石Li₂MTi₃O₈ (M=Zn,Co,Mg,Cu)纳米材料，且本发明的制备方法操作简便，成本低，便于新型尖晶石钛酸盐纳米材料的大量合成。而制备得到的新型尖晶石钛酸盐纳米材料纯度高，性能好，将其作为锂电池阳极材料应用，有利于提高锂电池的循环稳定性、比容量和充放电速度，因此，具有广阔的市场应用前景。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的尖晶石钛酸盐纳米材料的制备流程图。

图2是本发明的尖晶石钛酸盐纳米线循环性能测试结果图。

具体实施方式

本发明的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法，如图1所示，按如下步骤进行：

（1）将（0.5~1.5）克二氧化钛粉末和（40~50）毫升浓度为（10~20）摩尔/升的烧碱溶液混合，在（160~200）℃的温度下反应（48~96）小时；

（2）反应物经稀盐酸洗涤后，取（0.1~0.5）克，按一定摩尔比与氢氧化锂以及相应的金属醋酸盐或金属氧化物混合于（10~35）毫升的无水乙醇中，搅拌（20~72）小时后，再在（550~850）℃的温度下焙烧（3~7）小时，制备得到尖晶石钛酸盐纳米材料。在本步骤中，制备尖晶石钛酸盐纳米线时，需采用金属醋酸盐与所述反应物混合，而制备尖晶石钛酸盐纳米粒子时，需采用金属氧化物与所述反应物混合。

上述尖晶石钛酸盐纳米材料的化学式为Li₂MTi₃O₈，其中M表示一种金属，根据步骤（2）所用的金属醋酸盐或金属氧化物中金属元素的不同，M为金属Zn、Co、Mg或Cu中的一种。