[发明专利]高纯度钛酸锌锂纳米棒的制备方法及其在锂电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，更具体涉及一种高纯度Li₂ZnTi₃O₈纳米棒的制备方法及其在锂电池中的应用。

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Li₂ZnTi₃O₈纳米棒及其在锂电池中的应用的相关专利报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯度钛酸锌锂Li₂ZnTi₃O₈纳米棒的制备方法及其在锂电池中的应用。解决现有技术中锂离子电池的储锂材料电容量小，循环性能差等的技术问题。

高纯度Li₂ZnTi₃O₈纳米棒的制备方法：制备步骤包括：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℃下反应48-96h，反应物经稀盐酸洗涤后，将酸洗后的反应物与碳酸锂和醋酸锌研磨混合，反应物用量为0.1-0.5克，碳酸锂用量为0.05-0.25克，醋酸锌用量为0.073-0.37克，混合物再经550-850℃焙烧3-7h，得到钛酸锌锂Li₂ZnTi₃O₈纳米棒。

本发明的Li₂ZnTi₃O₈纳米棒用于锂离子电池中，可以作为储锂材料。

本发明的显著优点是：本发明首次提供了一种高纯度Li₂ZnTi₃O₈纳米棒的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成；采用该Li₂ZnTi₃O₈纳米棒的锂离子电池具有储锂材料电容量大，循环性能好等优异性能。

附图说明

图1是本发明的Li₂ZnTi₃O₈纳米棒的扫描电镜与透射电镜分析图。

图2是采用本发明的Li₂ZnTi₃O₈纳米棒的锂离子电池循环性能测试图。

具体实施方式

制备步骤包括：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℃下反应48-96h，反应物经稀盐酸洗涤后，将酸洗后的反应物与碳酸锂和醋酸锌研磨混合，反应物用量为0.1-0.5克，碳酸锂用量为0.05-0.25克，醋酸锌用量为0.073-0.37克，混合物再经550-850℃焙烧3-7h，得到Li₂ZnTi₃O₈纳米棒。

其中，反应物经稀盐酸洗涤时采用的稀盐酸的浓度为0.05-0.1摩尔/升；用量为1-2升。

本发明采用以上方法，在较低的温度下，首次合成出高纯度(纯度85％以上)Li₂ZnTi₃O₈纳米棒，其长度约为几百纳米，直径为几十到上百纳米。

用于锂电池时：锂电池组装，按质量比：Li₂ZnTi₃O₈纳米棒∶聚偏氟乙烯∶乙炔黑＝70∶10∶20，三种原料混合研磨后均匀地涂在0.25cm²的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是1M LiClO₄的EC+DEC+EMC溶液(即EC、DEC和EMC的混合溶液中含有1M LiClO₄，其中EC∶DEC∶EMC体积比＝1∶1∶1)

所有组装操作均在手套箱里进行。