本发明专利技术公开了一种多维态钛酸锂/碳（以下简写为LTO/C）纳米复合材料的制备方法。该纳米复合材料的制备包括如下步骤：以CMK-5型介孔碳为载体和模版，将氧化钛填充和包覆在CMK-5的管道内和表面，形成前躯体。将前躯体经过高温煅烧，可得到氧化钛/碳的复合物。为了得到钛酸锂/碳的复合材料，可在得到的前躯体内引入锂源，再经过高温煅烧，即得钛酸锂/碳纳米复合材料。TiO2/C和LTO/C两种纳米材料都比表面积大，结构有序，在锂离子电池负极材料和超级电容器电极材料等领域有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料和电化学
，具体地，本专利技术涉及电池电极材料的制备和应用。
技术介绍
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LT0/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
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=l: (Γ19)的质量比称取六水合硝酸钴Co(NO4)2 · 6H20和介孔碳材料，在O. OlMPa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f 2小时；在6(T80°C下去除乙醇，得粉末；将该粉末在50(T80(TC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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种Ti02/C纳米复合材料。所述Ti02/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。本专利技术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LT0/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。本专利技术的目的之一还在于提供一种所述Ti02/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Ti02/C纳米复合材料前驱体，煅烧，得到Ti02/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。优选地，所述的钛源为钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸氧钛、四氯化钛、硫酸钛或硝酸钛中的I种或至少2种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有钛酸四丁酯和异丙醇钛的组合，四氯化钛和硫酸钛的组合，四氯化钛、硫酸钛和硝酸钛的组合，钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸氧钛和四氯化钛的组合，硫酸氧钛、四氯化钛、硫酸钛和硝酸钛的组合，钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸氧钛、四氯化钛和硫酸钛的组合等，特别优选为钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸氧钛、四氯化钛或硫酸钛中的I种或至少2种的组合。优选地，所述钛源溶液溶剂为乙醇、丙酮、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺中的I种或至少2种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有甲苯和乙醇的组合，乙醚和丙酮的组合，苯和甲苯的组合，四氢呋喃、苯和甲苯的组合，甲苯、二甲苯和二甲基甲酰胺的组合，苯、甲苯、二甲苯和二甲基甲酰胺的组合，乙醚、丙酮、四氢呋喃、苯和甲苯的组合等，特别优选乙醇。优选地，所述分散为超声分散。优选地，所述分散时间为至少15小时，例如16小时、17小时、18小时、19小时、21小时、23小时、25小时、30小时、35小时、40小时、45小时、47小时、49小时、55小时、58小时、59小时、61小时、65小时、70小时等，进一步优选为2(Γ60小时，特别优选为24 48小时。优选地,所述煅烧在惰性气氛和/或还原性气氛下进行；例如氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氢气中的I种或至少2种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有氮气和氦气的组合，氖气和IS气的组合，IS气、氪气和氣气的组合，氢气、氦气、氖气和IS气的组合，氩气、氪气、氙气和氢气的组合，氮气、氦气、氖气、氩气和氪气的组合，氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氢气的组合等，特别优选，所述煅烧在惰性气氛下进行，例如氮气、氦气、氖气、IS气、氪气或氣气中的I种或至少2种的组合。优选地，所述煅烧温度为30(Tl000°C，进一步优选为35(T850°C，特别优选为400 750。。。优选地，所述煅烧时间为至少20分钟，例如21分钟、22分钟、24分钟、26分钟、28分钟、29分钟、31分钟、40分钟、60分钟、80分钟、100分钟、130分钟、145分钟、149分钟、151分钟、160分钟、195分钟、198分钟、199分钟、201分钟、205分钟、210分钟、220分钟、250分钟、300分钟等，进一步优选为25 200分钟，特别优选为30 150分钟。采用所述方法制备的Ti02/C纳米复合材料，TiO2能均匀分布在CMK-5介孔碳的内外表面，使得Ti02/c纳米复合材料具有优异的倍率性能和循环稳定性能。本专利技术的目的之一还在于提供一种所述LT0/C纳米复合材料的制备方法。所述方法包括将所述Ti02/C纳米复合材料前驱体与锂源分散在溶剂中，恒温，除杂，煅烧，得到LT0/C纳米复合材料。优选地，所述分散为超声或搅拌分散。优选地，所述锂源为磷酸二氢锂、碳酸锂、醋酸锂、甲酸锂、柠檬酸锂、氯化锂、溴化锂、氢氧化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂、磷酸锂、磷酸氢二锂、草酸锂或硫酸锂中的I种或至少2种的组合，所述组合典型但非限制性的例子有磷酸二氢锂和碳酸锂的组合，碳酸锂和·醋酸锂的组合，醋酸锂、甲酸锂和柠檬酸锂的组合，氢氧化锂、叔丁醇锂和草酸锂的组合，溴化锂、氢氧化锂和叔丁醇锂的组合，氢氧化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂和磷酸氢二锂的组合，磷酸锂、磷酸氢二锂、草酸锂和硫酸锂的组合，碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭强强，段慧，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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