[发明专利]一种钛酸锂/生物质炭复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛酸锂/生物质炭复合材料。本发明还公开了一种钛酸锂/生物质炭复合材料的制备方法：按照一定化学计量比称取一水合氢氧化锂、钛酸四丁酯、双氧水和按照一定方法制备的生物质炭，加入适量去离子水均匀搅拌2小时，将搅拌后的悬浮液转移至有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在150°C下反应6小时，得到前驱体浆料，将前驱体浆料进行抽滤、干燥、研磨，得到前驱体粉体，然后将前驱体粉体在惰性气氛中500°C下处理4小时，最终得到钛酸锂/生物质炭复合材料。本发明工艺独特，操作方便，得到的复合材料有良好的循环稳定性和倍率性。

技术领域

本发明公开了一种钛酸锂/生物质炭复合材料。本发明还公开了一种钛酸锂/生物质炭复合材料的制备方法：按照一定化学计量比称取一水合氢氧化锂、钛酸四丁酯、双氧水和按照一定方法制备的生物质炭，加入适量去离子水均匀搅拌2小时，将搅拌后的悬浮液转移至有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在150°C下反应6小时，得到前驱体浆料，将前驱体浆料进行抽滤、干燥、研磨，得到前驱体粉体，然后将前驱体粉体在惰性气氛中500°C下处理4小时，最终得到钛酸锂/生物质炭复合材料。本发明工艺独特，操作方便，得到的复合材料良好的循环稳定性和倍率性能。

背景技术

能源与环境是人类社会生存和发展所面临的两个严峻问题，随着对能源需求的急剧增加，开发高效、安全、清洁和可再生的新能源刻不容缓。与传统的、有污染的镍镉(Ni-Cd)、镍氢(Ni-MH)、铅酸(Pb-acid)电池相比，锂离子电池具有工作电压高、小巧轻便、能量密度高、循环寿命长、可快速充电、工作温度范围广、自放电率低、无记忆效应等性能优势。

目前商业化锂离子电池负极材料仍然为石墨以及其他碳材料，而传统碳材料由石油、煤等通过加工处理制备所得，但如今环境问题，能源危机对于制备传统碳材料的进一步发展提出了挑战。而含量丰富、价格低廉的生物质材料（例如树叶、树皮、毛发、果皮等）实现了碳材料的可持续发展。这些生物质材料经过特殊处理就可以作为电极材料或是活性材料，并且使用生物质材料也大大降低了成本。

与传统的碳基负极材料相比，钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)负极材料为“零应变”材料，这是因为Li₄Ti₅O₁₂在锂离子脱嵌过程中晶体结构能够保持高度的稳定性，锂离子嵌入前后都为尖晶石结构，且晶格常数变化很小，体积变化很小(<1％)；并且尖晶石钛酸锂具有较高的锂离子脱嵌电位(1.55 V vs Li/Li⁺)，这个电位高于大部分电解质和溶剂的还原电位，阻止了SEI膜的产生，作为电极材料使用时具有较高安全性；此外，钛酸锂的锂离子扩散系数较高(2*10^-8cm²/s)，可快速进行充放电。然而，钛酸锂属于绝缘体材料，其电子电导率低（仅为10^-13 s·cm^-1)，导电性很差；而且大倍率环境下工作时容量衰减迅速，严重制约了其在生产中的应用。

钛酸锂与生物质炭复合可以提高其放电比容量、倍率性能，这是由于生物质炭材料导电性明显优于钛酸锂，能够提高材料的导电性。生物质炭材料颗粒上的多孔结构也有利于锂离子的传输。此外，生物质炭本身也可以为锂离子的脱嵌提供场所，有利于提高复合材料的充放电比容量。

发明内容

本发明旨在公开一种钛酸锂/生物质炭复合材料及其制备方法，其优点在于：发明工艺独特，操作方便，改善钛酸锂材料电导率低和高倍率性能差的缺点，得到的钛酸锂/生物质炭复合材料具备良好的循环稳定性和倍率性能。

本发明的技术方案：