[发明专利]一种纳米晶锂钛复合氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术与绿色能源领域，涉及一种应用于锂离子二次电池及锂离子超级电容器的纳米晶锂钛复合氧化物负极材料。

背景技术

锂钛氧化物Li₄Ti₅O₁₂是一种具有尖晶石结构的锂离子嵌入式电极材料，其特点是伴随锂离子的嵌入和脱出，材料晶格常数变化很小(体积变化小于1％，也被称为零应变材料)；材料的嵌锂电位较正(1.55V，vs.Li⁺/Li)，充放电过程中不易造成锂枝晶的析出，也不会因电解液的还原分解形成阻抗较高的SEI膜；Li₄Ti₅O₁₂与Li₇Ti₅O₁₂的两相转化电位突变明显，不易过充或过放；反应过程中，由于出现Ti⁺⁴和Ti⁺³变价，电子导电性较好，材料的电导率约为10^-2S·cm^-1。因此，Li₄Ti₅O₁₂电极具有循环稳定性能好，使用寿命长，嵌脱锂速度快，嵌脱锂效率高，内阻变化小及安全性能好等诸多优点，是一种非常理想的锂离子快速嵌入式材料。

1999年，G.G.Amatucci等人报道了一种以活性炭为正极，锂钛氧化物Li₄Ti₅O₁₂为负极的混合超级电容，工作电压区间1.7～2.8V，随后申请了美国发明专利(U.S.Patent 5527640)，2002年5月1日，发明专利“可再充电式的混合式电池-超级电容器”(G.G.Amatucci，PCT/US00/10461)在我国公布。2001年，Amatucci等人选用纳米Li₄Ti₅O₁₂作负极，以提高负极的表观反应速率，正极采用活性炭，电解液为1.5mol/L的LiPF₆/乙腈溶液，制成的模拟电容器比能量可达20Wh/kg，在10C充放电倍率下的容量保持率达90％，5000周循环后的容量损失为10～15％。其中，纳米锂钛氧化物Li₄Ti₅O₁₂的制备方法于2002年申请了美国发明专利(U.S.Patent 20020102205)。与Amatucci同一研究小组的Pasquier等人采用同样的电极材料体系和2mol/L的LiBF₄/乙腈溶液制成了软包装模拟电容器，其比能量达11Wh/kg，循环寿命可达10万次。

同样，锂钛氧化物Li₄Ti₅O₁₂也是一种理想的动力型锂离子二次电池负极材料，A.N.Jansen等人采用LiNi_0.8Co_0.2O₂为正极，Li₄Ti₅O₁₂为负极制成的高功率型锂离子电池，其比功率在970W/kg，循环寿命大于10万次。