[发明专利]一种碳纳米管钛酸锂复合负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池电极材料技术领域，特别是指一种碳纳米管钛酸锂复合负极材料的制备方法。

背景技术

在提倡节能环保的大环境下，低成本、无污染的电化学储能装置已成为人们研究的重要领域，其中，锂离子电池和超级电容器的研发与应用始终处于领先地位。锂离子电池和超级电容器在人们日常生活中起着重要作用，例如为手机、笔记本电脑等便携式电子设备提供电能，在插入式混合动力电动汽车中用于能量回收和为电动机提供电能等。

超级电容器具有功率密度高、循环寿命长等优点，在能量存储方面可为电池或燃料电池提供后备电源，其中以混合型超级电容器为最优。混合型超级电容器的循环寿命主要依赖于所使用的电池电极材料的放电程度。由于传统电池电极材料中离子脱嵌速度较慢，限制了混合型超级电容器容量的循环可逆性和高倍率充放电性。因此，选择合适的电极材料对提高混合型超级电容器的电化学性能至关重要。

钛酸锂电极材料因其具有容量大、电极电位低、循环寿命长等特性，能够满足混合型超级电容器对电极材料的要求。用钛酸锂作为混合型超级电容器的负极材料具有以下优点：(1)钛酸锂的理论比容量高；(2)在充放电过程中其骨架结构几乎不变，具有“零应变”特性，循环性能稳定；(3)嵌锂电位高，不易析出金属锂，消除了安全隐患；(4)钛酸锂中锂离子扩散系数约为石墨的10倍，具有大电流充放电优势。基于上述种种优点，钛酸锂是混合型超级电容器理想的负极候选材料。然而，以钛酸锂作电池负极材料也存在以下缺点：锂离子扩散系数低；电子导电率低；大电流条件下充放电性能差。因此，用钛酸锂材料作电极的电容器倍率性能较差，极大制约了其产业化进程。

碳纳米管是20世纪90年代初发现的一种纳米尺寸管状结构材料，它是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝中空管，具有以下奇异的物理化学性能：独特的中空结构，良好的导电性，较大的比表面积，具有适合电解质离子迁移的孔隙，以及交互缠绕可形成纳米尺度的网络结构。基于上述特性，碳纳米管也被认为是超级电容器理想的电极材料，近年来引起了广泛关注。

将钛酸锂采用碳包覆或与碳材料复合等方式形成均匀分布的导电网络，可以提高钛酸锂的导电性、倍率性和循环性能。例如，中国专利申请(公开号CN102694177B)公开了碳包覆钛酸锂/碳纳米管复合物的制备方法，该方法采用易于水解的含钛化合物和碳纳米管混合喷雾干燥成型后，与可溶性锂盐球磨混合后高温烧结得到碳包覆钛酸锂/碳纳米管复合物，有效提高了材料的比容量和倍率性能。但是，上述钛酸锂与碳纳米管的复合方法是采用物理混合复合方法，这种复合的相互作用力偏弱，且钛酸锂与碳纳米管分布不均匀，从而导致最终的复合材料电子导电率和离子导电率低。

发明内容

本发明提出一种碳纳米管钛酸锂复合负极材料的制备方法，解决了现有技术中碳纳米管钛酸锂复合负极材料电子导电率和离子导电率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种碳纳米管钛酸锂复合负极材料的制备方法，其方法步骤如下：(1)将碳纳米管粉末超声分散于溶剂中，得到浓度为1g/L～5g/L均匀分散的碳纳米管溶液A；

(2)在搅拌或超声条件下，将锂源化合物、钛源化合物以及催化剂加入溶液A中，待上述加入的固体物质完全溶解后，用氨水调节PH值为3～8，得到溶液B；

(3)将溶液B采用液相法进行处理，然后将得到的固体进行干燥处理，得到碳纳米管钛酸锂复合物前驱体粉末；

(4)将上述碳纳米管钛酸锂复合物前驱体粉末在惰性气体中焙烧1～24小时，冷却后得到所需的碳纳米管钛酸锂复合负极材料。

作为优选，所述碳纳米管钛酸锂复合负极材料中碳纳米管与钛酸锂的重量比为1∶100～50∶100。

作为优选，所述步骤(1)中的溶剂为水、乙醇、乙二醇或丙酮中的一种或多种。

作为优选，所述步骤(2)中的锂源化合物为碳酸锂、硝酸锂、硫酸锂、乙酸锂、磷酸锂、氟化锂、草酸锂、氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或硫化锂中的一种或多种；所述钛源化合物为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯、钛酸甲酯、异丙醇钛、锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛、钛酸、四氯化钛、硝酸钛或草酸钛中的一种或多种；所述催化剂为草酸、柠檬酸、三乙醇胺或双氧水中的一种或多种。

作为优选，所述步骤(3)中的液相法为溶胶-凝胶法、水热法或微波法；所述干燥处理的方法为恒温加热干燥、旋转蒸发干燥、喷雾干燥或冷冻干燥。