[發明專利]納米鈦酸鋰復合物及其制備方法

有效

• 申請號: 200910109104.5
• 申請日: 2009-07-27
• 公開（公告）號: CN101630732A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 孔令涌;吉學文;王允實
• 申請（專利權）人: 深圳市德方納米科技有限公司
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/58;H01M4/04
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司
• 代理人: 成義生;羅永前

【技術領域】

本發明涉及納米鈦酸鋰復合物及其制備方法，特別是涉及一種以碳納米管為包覆材料的納米鈦酸鋰復合物及其制備方法。?

【背景技術】

鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)是一種循環性能好、有很好的充放電平臺、理論比容量較大、不與電解液反應的新型負極材料。利用鈦酸鋰做鋰離子電池的負極材料具有更好的電化學性能和安全性能，表現在：一、鈦酸鋰的理論比容量為175mAh/g，實際比容量約為165mAh/g，幾乎與理論容量相等并集中在充放電平臺區域；二、利用鈦酸鋰納米晶體做陽極，表面積極大(每克約100平方米，而現有碳負極材料的比表面積每克僅3平方米)，可使電子迅速進入和離開陽極，完成迅速放電，提供強電流；三、在鋰離子(Li⁺)嵌脫的過程中，結構幾乎不發生改變，被譽為“零應變材料”，該特性決定了鈦酸鋰具有非常好的循環性能，可作為長期使用的二次電池材料；四、不與電解液反應，安全穩定。鈦酸鋰與商品化的碳負極材料相比，具有更好的電化學性能和安全性；與合金類負極材料相比，更容易制備，成本更低。?

鈦酸鋰作為鋰離子電池負極材料，面臨著導電性和大電流充放電性能差、密度低的問題。目前解決導電性問題的方法，主要是通過元素摻雜和包覆導電材料，以改善導電性，從而提高鈦酸鋰的高倍率性能，同時還要保持其高可逆電化學容量和良好的循環穩定性。?

鈦酸鋰的合成方法比較多，通常有固相反應法、高能球磨法以及溶膠-凝膠法。這些方法在解決導電性和密度上并未起到明顯作用，因而有必?要開發新的合成工藝。?

【發明內容】

本發明旨在解決鈦酸鋰材料的導電性和倍率放電問題，而提供一種由碳納米管包覆的，顆粒細小、均勻、純度高，具有較高充放電容量、良好倍率放電性能、良好循環性能和良好的安全性能的納米鈦酸鋰復合物。?

本發明的目的還在于提供該納米鈦酸鋰復合物的制備方法。?

為實現上述目的，本發明提供一種納米鈦酸鋰復合物，該復合物是由鋰化合物、鈦化合物、摻雜元素化合物按摩爾比相混合形成混合物A，將混合物A與絡合劑按1∶0.1～10的重量比相混合并溶于水形成混合物B，將混合物B與碳納米管分散液C按其中的混合物A與碳納米管重量比為100～10∶1的比例采用凝膠--溶膠法混合，形成由碳納米管包覆的粒徑為納米級的鈦酸鋰復合物。?

混合物A中鋰化合物、鈦化合物、摻雜元素化合物的摩爾比Li∶Ti∶摻雜元素為0.75～0.80∶1∶0.01～0.05。?

碳納米管分散液C是將碳納米管與助劑按1∶0.01～10的重量比相混合并超聲分散到水溶液中而形成。?

碳納米管在納米鈦酸鋰復合物中的重量百分比為0.1～10。?

鋰化合物為氧化鋰、氫氧化鋰、乙酸鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、草酸鋰、氯化鋰、鉬酸鋰、釩酸鋰中的一種或多種的組合。?

鈦化合物為二氧化鈦、正鈦酸、偏鈦酸、三氯化鈦、四氯化鈦、鈦酸丁酯、鈦酸正丙酯、鈦酸四異丙酯、乙酰丙酮氧化鈦、鈦酸酯偶聯劑中的一種或多種的組合。?

摻雜元素化合物為鐵、鈷、鎳、銅、鎂、鋁、鋅、錳、鋯、鈮、鉻、錫、鎢的化合物及稀土元素化合物中的一種或多種的組合。?

絡合劑為檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、水楊酸、琥珀酸、甘氨酸、?乙二胺四乙酸、蔗糖、葡萄糖中的一種或多種的組合。?

碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管中的至少一種。?

助劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙二醇單辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基溴化銨中的一種或多種的組合。?

本發明也提供了該納米鈦酸鋰復合物的制備方法，該方法包括如下步驟：?

a、將鋰化合物、鈦化合物、摻雜元素化合物按摩爾比Li∶Ti∶摻雜元素為0.75～0.80∶1∶0.01～0.05的比例混合，形成混合物A；?

b、將混合物A與絡合劑按1∶0.1～10的重量比相混合并溶于水，形成混合物B；?

c、將碳納米管與助劑按1∶0.01～10的重量比相混合并超聲分散到水溶液，形成碳納米管分散液C；?

d、將所述混合物B與碳納米管分散液C按其中的混合物A與碳納米管的重量比為100～10∶1的比例混合；?