[發明專利]鈦酸鋰復合材料及其制備方法以及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201010609702.1
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102569764A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 黃賢坤;何向明;姜長印;王丹;高劍;李建軍
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/1391;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鈦酸鋰復合材料及其制備方法，以及鋰離子電池。

背景技術

尖晶石鈦酸鋰作為一種“零應變”電極材料，是目前鋰離子電池負極材料研究的熱點。鈦酸鋰作為鋰離子電池負極材料，具有較高的離子傳導率，且在鋰離子電池首次充放電過程中不需要形成固體電解質界面膜(SEI膜)，從而具有較高的能量轉換效率。此外，鈦酸鋰材料來源廣泛，清潔環保，在鋰離子電池中得到了廣泛的應用。

然而，由于鈦酸鋰是一種半導體材料，電子導電性較差。此外，鈦酸鋰作為鋰離子電池負極材料具有較高的放電電壓平臺，當將鋰離子電池放電到較低電壓時，電解液易在負極分解，從而導致鋰離子電池的電化學穩定性降低。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種電化學穩定性較高且電子導電性較好的鈦酸鋰復合材料及其制備方法，以及應用該鈦酸鋰復合材料的鋰離子電池。

一種鈦酸鋰復合材料，包括鈦酸鋰顆粒，以及包覆于該鈦酸鋰顆粒表面的磷酸鋁/碳復合層，該磷酸鋁/碳復合層的材料包括磷酸鋁及碳。

一種鈦酸鋰復合材料的制備方法，包括：提供三價鋁源溶液、碳源溶液以及待包覆的鈦酸鋰顆粒；混合該三價鋁源溶液、碳源溶液以及鈦酸鋰顆粒形成混合物；將磷酸根源溶液加入該混合物中反應，在該鈦酸鋰顆粒表面形成磷酸鋁/碳源復合層，以及熱處理該表面具有磷酸鋁/碳源復合層的鈦酸鋰顆粒，使該碳源裂解成碳單質，形成磷酸鋁/碳復合層。

一種鋰離子電池，包括正極及負極，該負極包括所述鈦酸鋰復合材料。

相較于現有技術，本發明采用磷酸鋁/碳復合層對鈦酸鋰顆粒進行包覆，該包覆層結構在隔絕電解液與鈦酸鋰顆粒之間的電子遷移的同時使鋰離子通過，從而在完成鋰離子的嵌入與脫出的同時避免電解液在較低的放電電壓下分解，提高了鋰離子電池的電化學性能穩定性。此外，該磷酸鋁/碳復合層中的碳提高了該鈦酸鋰復合材料的電子導電性。

附圖說明

圖1為本發明實施例鈦酸鋰復合材料的結構示意圖。

圖2為本發明實施例鈦酸鋰復合材料的制備方法流程圖。

主要元件符號說明

鈦酸鋰復合材料?????10

鈦酸鋰顆粒?????????12

磷酸鋁/碳復合層????14

具體實施方式

下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的鈦酸鋰復合材料及其制備方法，以及鋰離子電池作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施例提供一種鈦酸鋰復合材料10，該鈦酸鋰復合材料10包括鈦酸鋰顆粒12，以及包覆于該鈦酸鋰顆粒12表面的磷酸鋁/碳復合層14。

該磷酸鋁/碳復合層14的材料包括磷酸鋁及碳的均勻混合。該碳為導電的碳單質，如無定形碳、石墨、碳黑及乙炔黑等材料中的一種或多種。

該磷酸鋁/碳復合層14具有均勻的厚度，且呈連續的層狀形態。所述磷酸鋁/碳復合層14完整的包覆一個單獨的鈦酸鋰顆粒12，該磷酸鋁/碳復合層14的厚度為5納米至20內米，優選地，該磷酸鋁/碳復合層14的厚度為5納米至10納米。該磷酸鋁/碳復合層14在該鈦酸鋰復合材料10中的質量百分含量為1％至5％，其中，碳在該鈦酸鋰復合材料10中的質量百分含量優選為0.7％至4％。

該鈦酸鋰顆粒12的材料可為非摻雜的鈦酸鋰或摻雜的鈦酸鋰。該非摻雜的鈦酸鋰或摻雜的鈦酸鋰具有尖晶石結構。具體地，該非摻雜的鈦酸鋰的化學式為Li₄Ti₅O₁₂，該摻雜的鈦酸鋰的化學式可由Li_(4-a)M_aTi₅O₁₂或Li₄M_bTi_(5-b)O₁₂表示，其中0＜a≤0.33，且0＜b≤0.5。所述M選自堿金屬元素、堿土金屬元素、第13族元素、第14族元素、過渡族元素及稀土元素中的一種或多種，優選地，M選自Mn、Cr、V、Ni、Co、Al、Fe、Ga及Mg中的至少一種。

該鈦酸鋰顆粒12的粒徑優選為80納米至50微米，更優選為100納米至20微米。

請參閱圖2，本發明實施例進一步提供一種上述鈦酸鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1，提供三價鋁源溶液、碳源溶液以及待包覆的鈦酸鋰顆粒；

S2，混合該三價鋁源溶液、碳源溶液以及鈦酸鋰顆粒形成混合物；