[發明專利]一種納米纖維鈦酸鋰復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710706311.3
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107706408A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 陳書禮;榮常如;韓金磊;韓玉濤;張克金;米新艷;張苡銘;魏曉川
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M10/0525;H01G11/50;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種納米纖維鈦酸鋰復合材料的制備方法，屬于鋰離子電池和超級電容器技術領域。

背景技術

當今時代，煤、石油、天然氣等不可再生資源日益枯竭，環境問題越來越受到人們的關注，開發和利用可再生資源成為解決人類生存和發展的重要問題。傳統的鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池能量密度和功率密度已經不能滿足未來儲能系統的要求，特別是伴隨著電動汽車及筆記本電腦、數碼相機等各種便攜式電子設備的廣泛應用，對電池的可逆存儲容量及穩定性要求更高，并要求具有較長的使用壽命，因此研究和開發具有更高性能的鋰離子電池至關重要。新一代環境友好的鋰離子二次電池具有能量密度高、工作電壓高、自放電小、循環壽命長、無記憶效應、環境友好等優點，是繼鎳氫電池、鎳鎘電池之后的可充電綠色電池，近年來成為人們關注的重點。

在鋰離子電池中，電極材料的選擇對電池的比能量、循環穩定性等有很大影響，因此選擇合適的電極材料有望提高鋰離子電池的綜合性能。目前市場上鋰離子電池負極材料使用的主要是各種嵌鋰碳材料（石墨、中間相炭微球等），雖然采用碳材料的鋰離子電池具有能量密度高的優點，但是其功率特性、循環壽命和安全性卻受到了限制。近年來，鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）作為動力鋰離子電池的負極材料日益受到重視，這是因為尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂在鋰離子插入和脫出前后的晶格常數變化很小，被稱為“零應變材料”，因而可以具有優異的循環穩定性，同時Li₄Ti₅O₁₂的充放電平臺電位約1.55 V（vs. Li⁺/Li），當用作鋰離子電池負極時，比金屬鋰和碳類材料電位高很多，不但表面不形成固體電解質膜（SEI膜），而且在充放電過程中避免了可導致安全隱患的金屬鋰枝晶的形成，具有很好的安全性，另外Li₄Ti₅O₁₂還具有倍率性能好、庫倫效率高等特點，是一種優異的動力電池材料。

雖然Li₄Ti₅O₁₂具有較高的理論比容量、較好的循環性能和安全性能，但是純相Li₄Ti₅O₁₂本身是絕緣體，其電子導電率僅為10^-13 S?cm^-1，同時由于制備的Li₄Ti₅O₁₂的粒徑較大，導致Li⁺的擴散路徑較長，而且Li⁺在Li₄Ti₅O₁₂中的擴散系數較小，這兩方面一定程度上限制了該材料倍率性能的表現，也限制了其在動力鋰離子電池以及超級電容器領域的應用。因此，目前有較多的研究工作著眼于提高Li₄Ti₅O₁₂的離子導電性和電子導電性。常用的方法有：(1)改進制備方法以獲得顆粒較小且粒徑分布較均勻的Li₄Ti₅O₁₂，縮短Li⁺的擴散路徑；(2)摻雜金屬離子；（3）在Li₄Ti₅O₁₂顆粒表面包覆碳或制備Li₄Ti₅O₁₂與導電劑的復合物。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米纖維鈦酸鋰復合材料的制備方法，以解決鈦酸鋰離子導電性和電子導電性較差的問題，從而獲得具有高倍率性能的納米纖維鈦酸鋰及其復合材料。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種納米纖維鈦酸鋰復合材料的制備方法，其特征在于：采用超聲分散技術制備鈦酸鋰溶膠前驅體或者摻雜導電性碳材料的鈦酸鋰溶膠前驅體，并將溶膠前驅體通過靜電紡絲得到納米纖維前驅體，將納米纖維前驅體在無氧的惰性氣氛中高溫燒結得到納米纖維鈦酸鋰及其復合材料；具體步驟如下：

（1）在溶劑中溶解高分子有機聚合物，高速攪拌直至得到透明澄清的溶膠，高分子有機聚合物在溶膠中質量份數為5~20%。