[发明专利]一种多维态LTO/C纳米复合材料、其制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及材料和电化学技术领域，具体地，本发明涉及电池电极材料的制备和应用。

背景技术

随着电动汽车的发展，锂离子电池作为新一代二次电池的代表而倍受关注。负极材料作为锂离子电池的一个重要组成部分，对电池性能起着关键作用。目前商业化的负极材料主要是石墨、碳等碳基材料，但其在高倍率下的安全性能有待提高，而且它们的抗过充能力差，这使得其在电动车等领域的应用受到限制。

超级电容器作为一种新型储能元件，具有体积小、容量大、过电压不击穿、使用寿命长等特点。目前商业化的电极材料主要为多孔的活性碳基材料。碳基材料具有比表面积高，空隙丰富，化学稳定性好，价廉易得等优点。

Li₄Ti₅O₁₂（LTO）具有零应变特性、循环性能好、嵌锂电位高并且不易引起金属锂析出、安全性能好、抗过充等优点，使其成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池负极材料之一。但材料本身电导率低，严重影响了材料的高倍性能。通过填充至介孔碳CMK-5纳米管中，制备纳米化的LTO/C纳米复合材料是改善材料性能的重要手段。一方面LTO经过填充处理，在煅烧过程中不会产生烧结团聚的现象，使得材料表现出有序的层次孔结构；另一方面CMK-5碳骨架的存在提供了一定容量，增加了导电性，最重要的是稳定了材料的结构。

CN 102163711A公开了一种锂离子电池技术领域的采用介孔碳负载纳米粒了制备锂离子电池负极材料的方法，通过将氧化处理过的介孔碳基体加入活性物质前驱体溶解于极性溶剂中配置得到胶体溶液，经高温锻烧后得到锂离子电池负极材料。其中，所述的活性物质前驱体为：氯化亚锡、硝酸铁、氯化铅、氯化锌、氯化钛、硝酸镍或氯化钴中的一种或其组合的对应氯盐、硝酸盐、硫酸盐或草酸盐。但是该方法中合成所使用的介孔炭孔径过大且介孔炭为无序状，在高温煅烧过程中容易烧结和团聚。

CN 101521274A公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法。该方法的具体步骤为：按CoO:C=1:(4~19)的质量比称取六水合硝酸钴Co(NO₄)₂·6H₂O和介孔碳材料，在0.01MPa的真空状态下，将六水合硝酸钴的乙醇溶液加入到介孔碳材料中，搅拌反应1~2小时；在60~80℃下去除乙醇，得粉末；将该粉末在500~800℃锻烧2~4小时后，得到黑色粉末，即为锂离子电池负极材料。该方法制备的负极材料具有较好的倍率性能和循环稳定性能，但是六水合硝酸钴和介孔碳的复合需在真空条件下进行，且钴资源匮乏，成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种TiO₂/C纳米复合材料。

所述TiO₂/C纳米复合材料包括TiO₂和CMK-5介孔碳，其中所述TiO₂分布在CMK-5介孔碳的外表面和内表面上。

本发明的目的之一还在于为了克服目前锂离子负极材料导电性差，循环稳定性低的问题，为了改善超级电容器电极材料能量密度低的缺点，提供一种具有突出的电化学性能的LTO/C纳米复合材料。

所述LTO/C纳米复合材料包括Li₄Ti₅O₁₂和CMK-5介孔碳，其中所述Li₄Ti₅O₁₂分布在CMK-5介孔碳的外表面和内表面上。

本发明的目的之一还在于提供一种所述TiO₂/C纳米复合材料的制备方法。

所述方法包括：在钛源溶液中分散CMK-5介孔碳，除杂，得到TiO₂/C纳米复合材料前驱体，煅烧，得到TiO₂/C纳米复合材料。

优选地，所述除杂为洗涤，干燥；优选地，所述干燥为烘干。

所述CMK-5介孔碳为载体和模版。

所述CMK-5为所属领域已知物质，所属领域技术人员可通过市售获得，也可通过现有技术/新技术制备获得，例如以分子筛SBA-15为模版，选用糠醇为碳源填充SBA-15的孔道获得；优选地，所述的CMK-5介孔碳为以分子筛SBA-15为模版，选用吡啶或蔗糖为碳源填充SBA-15的孔道，得到的二维六方有序结构的纳米管。