专利名称：新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用。
背景技术：
锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长等显著优势，当前已广泛应用于移动 电子设备、国防工业、电动汽车等领域。其中，由于能源和环境保护的需要，电动汽车已成为 当前新能源领域中最受关注的行业。因而，开发高性能的锂离子动力电池已成为近年来最 热门的研究领域之一。当前，尖晶石锰酸锂、磷酸铁锂等动力电池正极材料已被广泛的研究 并取得了较大的进展。然而，对于锂离子动力电池负极材料的研究却相对较少。而传统的 石墨在充放电过程中表面可能引起金属锂的沉积，存在一定的安全隐患。因而开发具有快 速充放电能力、循环性良好、比容量高的负极材料具有十分重要的意义。目前还未有此种新型尖晶石钛酸盐纳米线、纳米粒子的制备及其在锂电池中的应 用的相关专利报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法及其在锂电 池中的应用方法，该制备方法操作简便，成本低，便于大量合成，制备得到的新型尖晶石钛 酸盐纳米材料纯度高，性能好，将其作为锂电池阳极材料应用，有利于提高锂电池的循环稳 定性、比容量和充放电速度。为实现上述目的，本发明提供了一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法，其 特征在于该方法包含如下步骤
(1)将(0.5 1. 5)克二氧化钛粉末和(4(Γ50)毫升浓度为(1(Γ20)摩尔/升的烧碱溶 液混合，在(160 200) °C的温度下反应(48 96)小时；
(2)反应物经稀盐酸洗涤后，取(0.Γ0. 5)克，按一定摩尔比与氢氧化锂以及相应的 金属醋酸盐或金属氧化物混合于(1(Γ35)毫升的无水乙醇中，搅拌(2(Γ72)小时后，再在 (550^850) °C的温度下焙烧(3 7)小时，制备得到尖晶石钛酸盐纳米材料。本发明还提供了一种采用如上述方法制备的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的应用， 其特征在于所述尖晶石Li2MTi3O8 (M=Zn, Co1Mg, Cu)纳米材料作为锂电池阳极材料应用 于锂电池中，该锂电池的组装方法为按质量比Li2MTi3O8:聚偏氟乙烯乙炔黑=7(Γ75 5^10 15^20混合研磨后均勻地涂在0. 25 cm2的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是IM LiClO4的EC+DMC+EMC，所述溶液中EC =DMC =EMC的体积比为1:1:1。本发明的有益效果是本发明在较低的温度下，首次合成出高纯度(90%以上)的尖 晶石Li2MTi3O8 (M=Zn, Co1Mg, Cu)纳米材料，且本发明的制备方法操作简便，成本低，便于新 型尖晶石钛酸盐纳米材料的大量合成。而制备得到的新型尖晶石钛酸盐纳米材料纯度高， 性能好，将其作为锂电池阳极材料应用，有利于提高锂电池的循环稳定性、比容量和充放电
3速度，因此，具有广阔的市场应用前景。下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的尖晶石钛酸盐纳米材料的制备流程图。图2是本发明的尖晶石钛酸盐纳米线循环性能测试结果图。
具体实施例方式本发明的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法，如图1所示，按如下步骤进行
(1)将(0.5 1. 5)克二氧化钛粉末和(4(Γ50)毫升浓度为(1(Γ20)摩尔/升的烧碱溶 液混合，在(160 200) °C的温度下反应(48 96)小时；
(2)反应物经稀盐酸洗涤后，取(0.Γ0. 5)克，按一定摩尔比与氢氧化锂以及相应的 金属醋酸盐或金属氧化物混合于(1(Γ35)毫升的无水乙醇中，搅拌(2(Γ72)小时后，再在 (550^850) °C的温度下焙烧(3 7)小时，制备得到尖晶石钛酸盐纳米材料。在本步骤中，制 备尖晶石钛酸盐纳米线时，需采用金属醋酸盐与所述反应物混合，而制备尖晶石钛酸盐纳 米粒子时，需采用金属氧化物与所述反应物混合。上述尖晶石钛酸盐纳米材料的化学式为Li2MTi3O8,其中M表示一种金属，根据步 骤(2)所用的金属醋酸盐或金属氧化物中金属元素的不同，M为金属Zn、Co、Mg或Cu中的一种。采用如上述方法制备的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的应用，所述尖晶石Li2MTi3O8 (M=Zn, Co1Mg, Cu)纳米材料作为锂电池阳极材料应用于锂电池中。所述尖晶石Li2MTi3O8 (M=Zn, Co1Mg, Cu)纳米材料应用于锂电池中时，该锂电池的组装方法为按质量比 Li2MTi3O8 聚偏氟乙烯乙炔黑=7(Γ75 5^10 15 20混合研磨后均勻地涂在0. 25 cm2的铜 片上做正极，负极为金属锂，电解质是IM LiClO4的EC+DMC+EMC，所述溶液中EC =DMC =EMC的 体积比为1 :1 :1。而在此过程中，所有组装均在手套箱里进行。本发明在较低的温度下，首次合成出高纯度(90%以上)尖晶石Li2MTi3O8 (M=Zn, Co，Mg，Cu)纳米线，其长度约为几百纳米到几微米，直径为几十到上百纳米。另外，本 发明还成功制备了 Li2MTi3O8 (M=Zn, Co1Mg, Cu)纳米粒子，其粒径约为几十至上百纳米。用 此高纯度Li2MTi3O8 (M=Zn, Co1Mg, Cu)纳米线或纳米粒子作为锂电池阳极材料，结果表明它 们具有出色的循环稳定性、较高的比容量和优越的快速充放电性能。其中，Li2ZnTi3O8纳米 线在电流密度为0. 1 Ag"1经过90次循环后，其比容量仍可达240 mAhg-1 ；在电流密度高达 3.2 Ag—1时(不到5分钟就完成一次充放电)，其比容量仍可稳定在129 mAhg—1。表1所示为 Li2MTi3O8 (M=Zn, Co, Mg, Cu)纳米线电化学测试结果。表1 Li2MTi3O8 (M=Zn, Co, Mg, Cu)纳米线电化学测试结果
Li2ZnTi3O8Li2CoTi3O8Li2MgTi3O8Li2CuTi3O8比容量(mAhg—1)240220165160容量保持率(％)95959590
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未 超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
权利要求
一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法，其特征在于该方法包含如下步骤(1)将(0.5~1.5)克二氧化钛粉末和(40~50)毫升浓度为(10~20)摩尔/升的烧碱溶液混合，在(160~200)℃的温度下反应(48~96)小时；(2)反应物经稀盐酸洗涤后，取(0.1~0.5)克，按一定摩尔比与氢氧化锂以及相应的金属醋酸盐或金属氧化物混合于(10~35)毫升的无水乙醇中，搅拌(20~72)小时后，再在(550~850)℃的温度下焙烧(3~7)小时，制备得到尖晶石钛酸盐纳米材料。
2.根据权利要求1所述的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法，其特征在于制备 尖晶石钛酸盐纳米线时，在步骤(2)中采用金属醋酸盐与所述反应物混合，而制备尖晶石钛 酸盐纳米粒子时，在步骤(2)中采用金属氧化物与所述反应物混合。
3.根据权利要求1或2所述的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法，其特征在于 所述尖晶石钛酸盐纳米材料的化学式为Li2MTi3O8，其中M表示一种金属，根据步骤(2)所用 的金属醋酸盐或金属氧化物中金属元素的不同，M为金属Zn、Co,Mg或Cu中的一种。
4.一种采用如权利要求3所述方法制备的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的应用，其特征 在于所述尖晶石Li2MTi3O8 (M=Zn, Co, Mg, Cu)纳米材料作为锂电池阳极材料应用于锂电池 中。
5.根据权利要求4所述的新型尖晶石钛酸盐纳米材料的应用，其特征在于所述尖晶 石Li2MTi3O8 (M=Zn, Co, Mg, Cu)纳米材料应用于锂电池中时，该锂电池的组装方法为按质 量比Li2MTi3O8 聚偏氟乙烯乙炔黑=70 75 :5 10 15 20混合研磨后均勻地涂在0. 25 cm2 的铜片上做正极，负极为金属锂，电解质是IM LiClO4的EC+DMC+EMC，所述溶液中EC =DMC EMC的体积比为1 :1 :1。
全文摘要
本发明涉及一种新型尖晶石钛酸盐纳米材料的制备方法及其在锂电池中的应用，其特征在于该方法包含如下步骤(1)将(0.5~1.5)克二氧化钛粉末和(40~50)毫升浓度为(10~20)摩尔/升的烧碱溶液混合，在(160~200)℃的温度下反应(48~96)小时；(2)反应物经稀盐酸洗涤后，取(0.1~0.5)克，按一定摩尔比与氢氧化锂以及相应的金属醋酸盐或金属氧化物混合于(10~35)毫升的无水乙醇中，搅拌(20~72)小时后，再在(550~850)℃的温度下焙烧(3~7)小时，制备得到尖晶石钛酸盐纳米材料。该制备方法操作简便，成本低，便于大量合成，制备得到的新型尖晶石钛酸盐纳米材料纯度高，性能好，将其作为锂电池阳极材料应用，有利于提高锂电池的循环稳定性、比容量和充放电速度。
文档编号H01M4/131GK101920989SQ20101023588
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者洪振生, 魏明灯 申请人:福州大学