[发明专利]尖晶石型钛酸锂类嵌锂碳纳米管电极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池的电极材料技术领域，具体涉及一种尖晶石型钛酸锂类嵌锂碳纳米管电极材料及制备方法。

背景技术

尖晶石型钛酸锂类嵌锂材料Li₄Ti₅O₁₂(LTO)由于具有安全、绿色环保、原料丰富及无应力嵌锂，使其成为新一代锂离子电池的优秀材料；但其自身导电率极低，在10^-9mohm-cm数量级，限制了其应用。

国内外已公开了尖晶石型钛酸锂类嵌锂材料及其制备工艺的相关专利，专利201110451727.8公开了一种一种纳米碳包覆尖晶石钛酸锂电池负极材料的制备方法，该方法的缺陷是制备步骤复杂，需要在第一气氛和第二气氛条件下两次烧结制成，不利于工业化生产，制备的碳纳米管性能不优。专利201110223701.8公开了一种锂二次电池负极材料纳米级尖晶石型钛酸锂的制备方法，该制备方法虽然简单易行，但是，该电极材料电极材料表面积较高，充放电备率低，性能不如包覆碳纳米管的尖晶石型钛酸锂电极材料优异。专利201010149910.8公开了一种钛酸锂/碳/碳纳米管复合电极材料及其制备方法，该制备方法未提及碳纳米管的尺寸，所需的碳纳米管的含量很高，大于3％，要比本发明高几倍。对于普通的碳纳米管研究人员，大家都知道碳纳米管的尺度，即其直径，长度和长径比可有2-3个数量级的变化，而其尺度是对应用起关键性的影响。本发明中用的碳纳米管的平均直径在6-15纳米之间，长径比为50-250之间，已被广泛地应用与目前的三大类锂电池产品中，包括钴酸锂，磷酸铁锂和三元混合材料的三类，另，碳纳米管的使用效果，与其在材料中的分散也起关键性的影响，如本发明中的碳纳米管是通过高效的分散方法，只要0.5-2％，在目前的锂电池产品中即可完全替代现有电池电极设计中的碳黑。因此本发明是关于将碳纳米管在新型电池材料LTO的应用，并证明在于这类电池材料的配比时，无需与碳复合，而很少量的碳纳米管即可有效地提高LTO材料的电池性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尖晶石型钛酸锂类嵌锂碳纳米管电极材料。

本发明的目的还在于提供上述尖晶石型钛酸锂类嵌锂碳纳米管电极材料的制备方法。

一种尖晶石型钛酸锂类嵌锂碳纳米管电极材料，该电极材料由钛酸锂和碳纳米管组成。

所述钛酸锂为具有尖晶石结构的钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂。

碳纳米管占电极材料总重量的0.5-1.5％，碳纳米管的直径为5-50纳米，长径比为20-500，比表面积50-350m²/g。

一种尖晶石型钛酸锂类嵌锂碳纳米管电极材料的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)称取TiO₂和Li₂CO₃，锂钛的摩尔比为4∶5，加入占TiO₂和Li₂CO₃总重量0.5-2％的碳纳米管，加入分散剂和有机溶剂，混合，物料的固液比为1∶1.9；

(2)将步骤(1)制备的物料装入球磨容器，用钢球作为介质，介质与物料的重量比是(4-6)∶1，400rpm球磨10-20小时，得到分散均匀的混合浆料后，到入干燥器皿，在180-220度烘干1-3小时，得到粉体；

(3)将步骤(2)所得到的粉体材料置于高温气氛炉中，通氮气，使氧含量小于100ppm，升温至750-900℃恒温焙烧6-10小时后，炉内冷确至室温得到Li₄Ti₅O₁₂正极材料。

所述分散剂为黄原胶、阿拉伯胶、明胶、聚乙二醇、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇中的一种或一种以上。

所述有机溶剂为异丙醇，乙醇，N-甲基吡咯烷酮，二甲醚，甲苯，二甲苯，丙酮中的一种或一种以上。

所述钢球的直径为2-10mm。

所述球磨容器的直径为10cm。

本发明的有益效果：本发明的电极材料制备方法在原材料均匀混合时直接使用碳纳米管或已分散好的碳纳米管浆料，易工业化生产的制备方法。本发明制备的比电极材料表面积较低，充放电备率高，不需要使用昂贵的铜箔做极片。

附图说明

图1实施例1亚微米粒子的LTO粉的图像。

图2商用亚微米粒子的LTO粉的图像。

图3LTO/CNT复合材料的充电倍率。