[发明专利]一种锂离子电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电容器电极材料及其制备方法，本发明的锂离子电容器电极材料为钛酸盐基纳米管阵列电极材料，所述钛酸盐的化学通式为：xMyO·zTiO₂，其中，M为钠、钾、钙和锶中的任意一种，x、y和z满足如下条件：当M为钠或钾时，y＝2，1≤×≤2，1≤z≤6，当M为钙或锶时，y＝1，1≤x≤3，1≤z≤6。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电容器电极材料及其制备方法，属于电化学储能电极材料制备领域。

背景技术

锂离子电容器是一种同时拥有双电层电容器和锂离子二次电池性质的电容器，它在利用一般双电层电容器原理的同时，负极材料使用可吸藏锂离子的碳系材料，在其中添加锂离子，提高了能量密度。目前，一般采用二氧化钛作为锂离子电容器的电池型电极材料，安全性高，但存在的技术问题在于：一方面，倍率性能较差，二氧化钛为宽禁带半导体材料，其电子传导率与离子传导率较差，限制了其在大电流快速充放电下的性质，另一方面，循环稳定性差，在充放电过程中，二氧化钛面临着因锂离子嵌入脱出所带来的形变问题，长时间循环后会导致其不可逆破坏。

Qiao等人通过水热法将钠离子引入至二氧化钛前驱体中，制备中空结构纳米球材料，提升了二氧化钛材料的倍率性能，但需加入导电剂和粘结剂，导致了电极材料能量密度和功率密度的降低(Adv.Mater.2017.29：1700989)。中国专利CN108807008A采用水热法制备出纳米针状钛酸锂，然后再与碳纳米管、石墨烯混合，制备得到复合电极材料，但同样加入了导电剂，导致功率密度及能量密度的降低。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的锂离子电容器电极材料及其制备方法。

本发明实施例提供一种锂离子电容器电极材料，所述材料为钛酸盐基纳米管阵列电极材料，所述钛酸盐的化学通式为：xMyO·zTiO₂，其中，M为钠、钾、钙和锶中的任意一种，x、y和z满足如下条件：当M为钠或钾时，y＝2，1≤x≤2，1≤z≤6，当M为钙或锶时，y＝1，1≤x≤3，1≤z≤6。

优选的，所述钛酸盐基纳米管管径为50-400nm，长度为1-100μm。

优选的，所述钛酸盐基纳米管垂直附着于金属钛板上。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种锂离子电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括：

以氟化物溶液为腐蚀剂，以去离子水和乙二醇的混合溶液为溶剂，将所述腐蚀剂和所述溶剂按体积比1∶6-10混和均匀，获得电解液；

向所述电解液中浸入钛片，进行阳极氧化反应，以钛片作为对电极，通过极化，获得无定形二氧化钛纳米管阵列；

将所述无定形二氧化钛纳米管阵列进行干燥后，加入M基氢氧化物溶液，进行水热反应，获得xMyO·zTiO₂前驱物阵列；

将所述前驱物阵列置于管式炉中，在含有还原性气体和惰性气体的混合气体气氛下，升温至煅烧温度后，进行煅烧，获得钛酸盐基纳米管阵列电极材料。

优选的，所述氟化物为氟化钠、氟化钾和氟化铵中的至少一种，所述氟化物溶液浓度为0.05-0.3mol/L。

优选的，所述极化过程中，电压为40-100V，电流为0.01-0.06A，所述极化时间为4-24h。

优选的，所述M基氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化锶中至少一种，所述M基氢氧化物溶液浓度为0.01-1mol/L。

优选的，所述水热反应在水热釜内衬中进行，所述水热反应温度为160-240℃，所述水热反应时间为6-24h。

优选的，所述升温速率为1-5℃/min，所述煅烧温度为400-800℃，所述煅烧时间为2-24h。