CN106784779B - 一种纳米钛酸锂的制备方法及电池负极材料的制备方法 - Google Patents

一种纳米钛酸锂的制备方法及电池负极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米钛酸锂的制备方法，涉及纳米材料制备领域，将Ti2AlC超细粉末与氢氧化锂水溶液先制备成悬浮液，水热反应后得到泥状沉淀，将泥状沉淀进行再溶解后去除沉淀得到胶体溶液，在将胶体溶液过滤得纳米钛酸锂前驱体粉末，再煅烧得到结晶的纳米钛酸锂粉末。此工艺过程制备的纳米钛酸锂为超细纳米颗粒，分散性好，且产品中含有少量导电性好且分布均匀的碳。本发明还提供了一种电池负极材料的制备方法，其应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料，产品为高分散性的掺碳纳米钛酸锂，碳分布均匀，是一种容量高且倍率性能好的锂电池负极材料。

Description

一种纳米钛酸锂的制备方法及电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米材料制备技术领域，且特别涉及一种纳米钛酸锂的制备方法及电池负极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有电池电压高、比容量大、能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、环境友好等优点，是目前应用范围最广和最有可能大规模应用于电动汽车的二次电池。一般来说，锂离子电池的正极材料采用含锂的化合物，如钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂，负极则采用石墨等碳材料，这类电池目前已广泛应用在手机等移动设备上，并具有资源丰富、成本较低、导电性好以及嵌锂电位低等优点。然而，现有的锂电池在安全性，寿命，充放电速率等方面仍有待提高。
钛酸锂作为一种新型的“零应变”锂离子电池负极材料，具有循环性能好，安全性高，可高倍率充放电等优点。但是由于其导电性差，在高倍率下电池性能下降明显。目前主要的改善方法是在钛酸锂中加入碳等材料以提高材料的导电性，进而改善锂离子电池的倍率性能。但这些方法都是通过外加碳源获得碳掺杂的钛酸锂材料，过程比较繁琐，并且碳在钛酸锂中难以分布均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米钛酸锂的制备方法，采用该方法制备的纳米钛酸锂产品为超细纳米晶体，分散性好，且产品中含有少量导电性好且分布均匀的碳。
本发明的另一目的在于提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述方法制备电池负极材料，产品为高分散性的掺碳纳米钛酸锂，碳分布均匀，是一种容量高且倍率性能好的锂电池负极材料。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括如下步骤：
将Ti2AlC超细粉末加入0.5-4mol/L氢氧化锂水溶液中，进行第一次超声处理后得到悬浮液；
将上述悬浮液加热至200-240℃，并保温12-48小时，冷却后去除上层清液，得到泥状沉淀；
将上述泥状沉淀加入去离子水中进行第二次超声处理，分离沉淀后得到胶体溶液；
将上述胶体溶液过滤，并干燥过滤所得固体得到纳米钛酸锂前驱体粉末；
将上述纳米钛酸锂前驱体粉末，在惰性气氛下，加热到500-600℃，退火15-18h。
本发明还提出一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。
本发明实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法的有益效果是：将Ti2AlC超细粉末与氢氧化锂水溶液先制备成悬浮液，水热反应后得到泥状沉淀，将泥状沉淀进行再溶解后去除沉淀得到胶体溶液，在将胶体溶液过滤得纳米钛酸锂前驱体粉末，再煅烧得到结晶的纳米钛酸锂粉末。此工艺过程制备的纳米钛酸锂为超细纳米颗粒，分散性好，且产品中含有少量导电性好且分布均匀的碳。本发明还提供了一种电池负极材料的制备方法，其应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料，产品为高分散性的掺碳纳米钛酸锂，碳分布均匀，是一种容量高且倍率性能好的锂电池负极材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1得到的产品的XRD测试图；
图2为本发明实施例1得到的产品的扫描电镜测试图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的纳米钛酸锂的制备方法及电池负极材料的制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括如下步骤：
S1、将Ti2AlC超细粉末加入0.5-4mol/L氢氧化锂水溶液中，进行第一次超声处理后得到悬浮液。
需要说明的是，Ti2AlC超细粉末是将Ti2AlC进行研磨处理得到实验所需Ti2AlC的粒径。具体地，上述超细粉末是指颗粒尺寸小于10μm的粉末。另外，Ti2AlC超细粉末也可以通过购买的方式得到，不一定要经过研磨的过程。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述Ti2AlC超细粉末的粒径小于400目。将Ti2AlC研磨成粒径小于400目的超细粉末，有利于提高粉末的活性，提高水热反应中钛酸锂的转化率。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述Ti2AlC超细粉末的制备步骤包括：以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为4-6：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上以280-320r/min的转速球磨2.5-3.5小时。需要说明的是，在其他实施方式中也可以采用其他研磨方式，如采用垂直振荡式、水平往复振荡式或纳米研磨机等。
另外，0.5-4mol/L氢氧化锂水溶液的配置是指在室温下用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述氢氧化锂水溶液的浓度为0.8-1.2mol/L。氢氧化锂浓度过低会延长水热反应的反应时间，且反应不完全；氢氧化锂浓度过高则会降低产物的晶化度，使最终产物的循环稳定性下降。
上述一次超声处理是指在室温下，将待处理溶液放入容器中放入120W的超声机中，进行超声处理。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述第一次超声处理的时间为0.5-1.5小时。第一次超声处理使Ti2AlC超细粉末在氢氧化锂溶液中分散开，便于后续水热反应的进行。
进一步地，在本发明较佳实施例中，进行上述第一次超声处理的溶液的质量体积浓度为：每50mL氢氧化锂水溶液中加入0.4-0.6gTi2AlC超细粉末。Ti2AlC的量不宜过多，这样会增大产物的粒径，影响产品的品质，Ti2AlC的量过少会降低水热反应的反应速率。
S2、将上述悬浮液加热至200-240℃，并保温12-48小时，冷却后去除上层清液，得到泥状沉淀。
悬浮液加热至200-240℃，并保温12-48小时的过程是在水热釜中进行。在水热条件下，Ti2AlC中的铝被氢氧根粒子逐渐刻蚀，锂离子则同时***到脱掉Al的Ti2C中，在氧气和水的共同作用下，含有锂离子的Ti2C被氧化成钛酸锂，钛酸锂不溶于水，生成泥状沉淀。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述泥状沉淀加入去离子水中之前，分别用去离子水和无水乙醇对泥状沉淀进行洗涤。此过程的目的是洗去泥状沉淀表面的杂质，包括铝离子、氢氧化铝、氧化铝等，使后续得到的产品更加纯净。
S3、将上述泥状沉淀加入去离子水中进行第二次超声处理，分离沉淀后得到胶体溶液。
需要说明的是，第二次超声处理同样在常温下，应用120W的超声机超声处理，使团聚的颗粒分散开，溶液中颗粒的尺寸明显变小，分离沉淀是分离出未参加反应的沉淀，将第二次超声处理后的溶液缓慢倒入另一个容器中，去除残留的固体，得到的胶体溶液中的颗粒大小为几十纳米。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述第二次超声处理时间为2.5-3.5小时。经过长时间的超声处理，混合溶液中的粒子从团聚态分散开来，溶液中颗粒的尺寸明显变小。
S4、将上述胶体溶液过滤，并干燥过滤所得固体得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
需要说明的是，将胶体溶液进行过滤，得到掺碳的钛酸锂纳米晶颗粒或无定形颗粒，即纳米钛酸锂前驱体粉末。过滤采用直径为22cm的滤纸，放入砂芯漏斗中进行过滤，可以过滤出细小的固体颗粒。
S5、将上述纳米钛酸锂先驱体粉末，在惰性气氛下，加热到500-600℃，退火15-18h。
优选地，上述纳米钛酸锂前驱体粉末煅烧得到纳米钛酸锂粉末的过程是在管式炉中进行的。由于此过程在500-600℃下进行，也可以采用其他可高温煅烧的炉具中。退火，是一种热处理工艺，将纳米钛酸锂先驱体粉末加热到500-600℃，并保持足够时间，然后以适宜速度冷却。纳米钛酸锂前驱体粉末经过高温热处理后结晶度提高，得到结晶度高且稳定的钛酸锂纳米晶。
进一步地，在本发明较佳实施例中，上述惰性气氛采用氩气或氮气。填充惰性气体使填充的的气体不影响反应的进行，另外在其他实施例中也可采用其他惰性气体。
具体地，此工艺过程的反应原理为：在水热条件下，Ti2AlC中的铝被氢氧根粒子逐渐刻蚀，锂离子则同时***到脱掉Al的Ti2C中，在氧气和水的共同作用下，含有锂离子的Ti2C被氧化成钛酸锂，碳颗粒则附着在碳酸锂上，形成掺碳的钛酸锂纳米晶颗粒或无定形颗粒，这些颗粒经过高温热处理后结晶度提高，生产稳定的、结晶良好的钛酸锂纳米晶。
本发明实施例提供的一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。将上述纳米钛酸锂的制备方法中得到的产品即可作为电池负极的材料。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括以下步骤：
首先，以Ti2AlC粉末为原料，以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为5：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上按照300r/min的转速球磨3小时，得到Ti2AlC超细粉末；室温下，用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，制备浓度为1mol/L氢氧化锂水溶液；将上述Ti2AlC超细粉末加入上述氢氧化锂水溶液中，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.5gTi2AlC超细粉末，将混合溶液在室温下超声1小时，得到浑浊的悬浮液。
其次，取上述悬浮液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到240℃并保温48小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；将泥状沉淀，倒入烧杯，先用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗涤后的沉淀加入去离子水中，在室温条件下超声3小时，分离沉淀物，得到胶体溶液；取上述胶体溶液进行真空抽滤，再经室温干燥15小时，得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
最后，取上述纳米钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氩气气氛下500℃退火18小时，既得掺碳纳米钛酸锂粉末。
本实施例还提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。上述纳米钛酸锂的制备方法得到的产品掺碳纳米钛酸锂即为电池负极材料。
实施例2
本实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括以下步骤：
首先，以Ti2AlC粉末为原料，以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为5：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上按照300r/min的转速球磨3小时，得到Ti2AlC超细粉末；室温下，用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，制备浓度为0.5mol/L氢氧化锂水溶液；将上述Ti2AlC超细粉末加入上述氢氧化锂水溶液中，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.5gTi2AlC超细粉末，将混合溶液在室温下超声1小时，得到浑浊的悬浮液。
其次，取上述悬浮液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到240℃并保温48小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；将泥状沉淀，倒入烧杯，先用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗涤后的沉淀加入去离子水中，在室温条件下超声3小时，分离沉淀物，得到胶体溶液；取上述胶体溶液进行真空抽滤，再经室温干燥15小时，得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
最后，取上述纳米钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氩气气氛下500℃退火18小时，既得掺碳纳米钛酸锂粉末。
本实施例还提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。上述纳米钛酸锂的制备方法得到的产品掺碳纳米钛酸锂即为电池负极材料。
实施例3
本实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括以下步骤：
首先，以Ti2AlC粉末为原料，以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为5：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上按照300r/min的转速球磨3小时，得到Ti2AlC超细粉末；室温下，用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，制备浓度为4mol/L氢氧化锂水溶液；将上述Ti2AlC超细粉末加入上述氢氧化锂水溶液中，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.5gTi2AlC超细粉末，将混合溶液在室温下超声1小时，得到浑浊的悬浮液。
其次，取上述悬浮液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到240℃并保温48小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；将泥状沉淀，倒入烧杯，先用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗涤后的沉淀加入去离子水中，在室温条件下超声3小时，分离沉淀物，得到胶体溶液；取上述胶体溶液进行真空抽滤，再经室温干燥15小时，得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
最后，取上述纳米钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氩气气氛下500℃退火18小时，既得掺碳纳米钛酸锂粉末。
本实施例还提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。上述纳米钛酸锂的制备方法得到的产品掺碳纳米钛酸锂即为电池负极材料。
实施例4
本实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括以下步骤：
首先，以Ti2AlC粉末为原料，以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为5：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上按照300r/min的转速球磨3小时，得到Ti2AlC超细粉末；室温下，用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，制备浓度为1mol/L氢氧化锂水溶液；将上述Ti2AlC超细粉末加入上述氢氧化锂水溶液中，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.5gTi2AlC超细粉末，将混合溶液在室温下超声1小时，得到浑浊的悬浮液。
其次，取上述悬浮液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到240℃并保温48小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；将泥状沉淀，倒入烧杯，先用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗涤后的沉淀加入去离子水中，在室温条件下超声3小时，分离沉淀物，得到胶体溶液；取上述胶体溶液进行真空抽滤，再经室温干燥15小时，得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
最后，取上述纳米钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氩气气氛下600℃退火18小时，既得掺碳纳米钛酸锂粉末。
本实施例还提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。上述纳米钛酸锂的制备方法得到的产品掺碳纳米钛酸锂即为电池负极材料。
实施例5
本实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括以下步骤：
首先，以Ti2AlC粉末为原料，以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为4：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上按照280r/min的转速球磨2.5小时，得到Ti2AlC超细粉末；室温下，用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，制备浓度为0.8mol/L氢氧化锂水溶液；将上述Ti2AlC超细粉末加入上述氢氧化锂水溶液中，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.4gTi2AlC超细粉末，将混合溶液在室温下超声1小时，得到浑浊的悬浮液。
其次，取上述悬浮液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到200℃并保温12小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；取上述泥状沉淀，加入去离子水中，在室温条件下超声2.5小时，分离沉淀物，得到胶体溶液；取上述胶体溶液进行真空抽滤，再经室温干燥13小时，得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
最后，取上述纳米钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氩气气氛下500℃退火15小时，既得掺碳纳米钛酸锂粉末。
本实施例还提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。上述纳米钛酸锂的制备方法得到的产品掺碳纳米钛酸锂即为电池负极材料。
实施例6
本实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括以下步骤：
首先，以Ti2AlC粉末为原料，以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为6：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上按照320r/min的转速球磨3.5小时，得到Ti2AlC超细粉末；室温下，用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，制备浓度为1.2mol/L氢氧化锂水溶液；将上述Ti2AlC超细粉末加入上述氢氧化锂水溶液中，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.6gTi2AlC超细粉末，将混合溶液在室温下超声1.5小时，得到浑浊的悬浮液。
其次，取上述悬浮液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到220℃并保温48小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；取上述泥状沉淀，倒入烧杯，先用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗涤后的沉淀加入去离子水中，在室温条件下超声3.5小时，分离沉淀物，得到胶体溶液；取上述胶体溶液进行真空抽滤，再经室温干燥18小时，得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
最后，取上述纳米钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氮气气氛下600℃退火16小时，既得掺碳纳米钛酸锂粉末。
本实施例还提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。上述纳米钛酸锂的制备方法得到的产品掺碳纳米钛酸锂即为电池负极材料。
实施例7
本实施例提供一种纳米钛酸锂的制备方法，其包括以下步骤：
首先，以Ti2AlC粉末为原料，以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为5：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上按照300r/min的转速球磨3小时，得到Ti2AlC小于400目的超细粉末；室温下，用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，制备浓度为1mol/L氢氧化锂水溶液；将上述Ti2AlC超细粉末加入上述氢氧化锂水溶液中，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.5gTi2AlC超细粉末，将混合溶液在室温下超声1小时，得到浑浊的悬浮液。
其次，取上述悬浮液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到220℃并保温20小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；取上述泥状沉淀，加入去离子水中，在室温条件下超声3小时，分离沉淀物，得到胶体溶液；取上述胶体溶液进行真空抽滤，再经室温干燥10小时，得到纳米钛酸锂前驱体粉末。
最后，取上述纳米钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氩气气氛下550℃退火18小时，既得掺碳纳米钛酸锂粉末。
本实施例还提供一种电池负极材料的制备方法，其包括应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。上述纳米钛酸锂的制备方法得到的产品掺碳纳米钛酸锂即为电池负极材料。
对比例
(1)取5g钛酸四丁酯溶入5ml乙醇，经充分搅拌制得钛酸四丁酯乙醇溶液；
(2)室温下用去离子水充分搅拌使氢氧化锂溶解，得到氢氧化锂水溶液，浓度为1mol/L；
(3)取蔗糖加入步骤(2)制得的氢氧化锂水溶液混合得到第一混合溶液，其中每50mL氢氧化锂水溶液加入0.5g蔗糖；
(4)取步骤(3)中的第一混合溶液滴加入步骤(1)中的钛酸四丁酯乙醇溶液并搅拌1小时，得到白色分散液；
(5)取步骤(4)中的白色分散液，倒入聚四氟乙烯内胆中，再装入水热釜中，置于烘箱中加热到180℃并保温24小时，待冷却后打开反应釜，将聚四氟乙烯内胆中的上层清液倒出，再取出底部的泥状沉淀；
(6)取步骤(5)中的泥状沉淀，倒入烧杯，先用去离子水洗涤两次，再用无水乙醇洗涤一次；洗涤后加入与步骤(3)中使用的氢氧化锂水溶液体积等量的去离子水配制成第二混合溶液液，再将第二混合溶液在室温条件下超声3小时，即制得悬浮液；
(7)取步骤(6)中的悬浮液倒入抽滤瓶中真空抽滤再经室温干燥15小时，得到钛酸锂前驱体粉末；
(8)取步骤(7)中所得的钛酸锂前驱体粉末放入管式炉中，在氩气气氛下500℃退火18小时，既得掺碳钛酸锂粉末。
试验例1
将实施例1-4中制备的纳米钛酸锂粉末进行性能测试和锂电池性能的测试：
性能测试：将实施例1-4中制备的产品进行XRD测试，确定产品是否为纳米碳酸锂，结果见图1；通过SEM对实施例1-4中所得产品的粒径进行了分析，结果见图2；通过EDS能谱分析测定了产品的含碳率，结果见表1。
由图1中的XRD图谱可知，实施例1-4中制备的产品为钛酸锂，由图2中的SEM结果图可知，产品钛酸锂的粒径约为40nm，属于纳米级别的粒子。
锂电池性能测试：按实施例1-4粉末：聚偏氟乙烯(PVDF)：乙炔黑＝8:1:1的质量比称取，添加适量1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，在超声清洗机中超声30min，搅拌12h，得到均匀的浆状物。将浆状物均匀涂布于直径为15mm的圆片铜箔的表面，涂层厚度以15-60um为宜。将涂好的铜箔放入真空干燥箱中，以120℃真空干燥24h，既得到锂电池正极片。以锂片为负极，以聚乙烯制备电池隔膜，以EC/EMC/DMC+LiPF6(1mol/L)为电解液，组装CR2032扣式电池。在常温下，采用新威高精度电池检测***，在1-2.5V的范围内进行恒电流充放电试验，1C＝175mAh/g，测试材料的充放电曲线、容量及库伦效率，测试电流密度为1-50C，测试结果见表1。
表1产品的性能及锂电池性能测试结果
从表1的结果可以看出，采用本发明制备的钛酸锂材料平均粒径在40nm左右，同时具有较好的高倍率放电性能及优异的循环性能。对比例是针对一般方法制备的掺碳钛酸锂作为锂电池负极材料进行测试，相对于对比例，本发明实施例1-4所制备的掺碳纳米钛酸锂作为锂电池的负极材料显现出更优异的性能，具有较好的高倍率放电性能及优异的循环性能。
综上所述，本发明提供的一种纳米碳酸锂的制备方法及电池负极材料的制备方法，采用Ti2AlC超细粉末与氢氧化锂水溶液先制备成悬浮液，水热反应后得到泥状沉淀，将泥状沉淀进行再溶解后去除沉淀得到胶体溶液，在将胶体溶液过滤得纳米钛酸锂前驱体粉末，再煅烧得到结晶的纳米钛酸锂粉末。此工艺过程制备的纳米钛酸锂为超细纳米颗粒，分散性好，且产品中含有少量导电性好且分布均匀的碳。电池负极材料的制备方法，其应用上述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料，产品为高分散性的掺碳纳米钛酸锂，碳分布均匀，是一种容量高且倍率性能好的锂电池负极材料。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将Ti2AlC超细粉末加入0.5-4mol/L氢氧化锂水溶液中，进行第一次超声处理后得到悬浮液；
将所述悬浮液加热至200-240℃，并保温12-48小时，冷却后去除上层清液，得到泥状沉淀；
将所述泥状沉淀加入去离子水中进行第二次超声处理，分离沉淀后得到胶体溶液；
将所述胶体溶液过滤，并干燥过滤所得固体得到纳米钛酸锂前驱体粉末；
将所述纳米钛酸锂前驱体粉末，在惰性气氛下，加热到500-600℃，退火15-18h。
2.根据权利要求1所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，在所述泥状沉淀加入去离子水中之前，分别用去离子水和无水乙醇对所述泥状沉淀进行洗涤。
3.根据权利要求2所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，
所述第二次超声处理时间为2.5-3.5小时。
4.根据权利要求3所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，所述Ti2AlC超细粉末的制备步骤包括：以不锈钢球为球磨介质，球料质量比为4-6：1，放入球磨罐中，在行星式球磨机上以280-320r/min的转速球磨2.5-3.5小时；
其中，球料质量比中的料为Ti2AlC粉末。
5.根据权利要求4所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，所述Ti2AlC超细粉末的粒径小于400目。
6.根据权利要求5所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，所述氢氧化锂水溶液的浓度为0.8-1.2mol/L。
7.根据权利要求1所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，进行所述第一次超声处理的溶液的质量体积浓度为：每50mL氢氧化锂水溶液中加入0.4-0.6gTi2AlC超细粉末。
8.根据权利要求1所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，所述第一次超声处理的时间为0.5-1.5小时。
9.根据权利要求1所述的纳米钛酸锂的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛采用氩气或氮气。
10.一种电池负极材料的制备方法，其特征在于，其包括应用权利要求1-9中任一项所述纳米钛酸锂的制备方法制备电池负极材料。
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