[發(fā)明專利]一種鈦酸鋰材料的制備方法及鈦酸鋰材料、鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110169358.3
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102842706A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許靜
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦酸鋰材料的制備方法及鈦酸鋰材料和采用該鈦酸鋰材料的鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高（150-200Wh/kg）、工作電壓高、低自放電、長壽命、無記憶效應(yīng)及對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動通訊、筆記本電腦、攝像機(jī)、照相機(jī)、便攜式儀器儀表等領(lǐng)域，也是各國大力研究的電動汽車、空間電源的首選配套電源，成為可替代能源的首選。

而先進(jìn)的電極材料成為目前鋰離子電池更新?lián)Q代的核心技術(shù)。現(xiàn)有商用的負(fù)極活性材料一般為碳材料，而碳材料并不能滿足現(xiàn)在大倍率功率用電設(shè)備的需求，例如動力汽車在制動過程中，制動時間短暫，一般不超過10s地，電機(jī)需求較大的瞬間電流，以有效制動和回收能量，理論上汽車有50-60%的制動能量可回收，而實(shí)際回收的制動能量<20%，現(xiàn)有碳材料的充放電倍率，尤其是充電倍率難以達(dá)到電動汽車快充快放的基本要求。同時由于嵌鋰后碳電極的電位與金屬鋰的電位接近，當(dāng)電池過充時，碳電極表面易析出金屬鋰，它與電解液反應(yīng)產(chǎn)生可燃?xì)怏w混合物，因而給電池特別是動力電池造成很大的安全隱患。而且石墨電極還存在電解液的共嵌入問題，這也將影響電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

尖晶石結(jié)構(gòu)的Li₄Ti₅O₁₂相對于鋰電極的電位為1.55V，理論比容量為175mAh/g，實(shí)際比容量150-160mAh/g；同時在Li⁺嵌入或脫出過程中，晶型不發(fā)生變化，體積變化小于1%，反復(fù)充放電晶體結(jié)構(gòu)不容易發(fā)生變化，循環(huán)壽命優(yōu)異（＞1500?Cycles）；而且Li₄Ti₅O₁₂不與電解液反應(yīng)形成SEI膜，電池內(nèi)阻抗不會上升，安全性高，適合大電流快速充電等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)有研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。用鈦酸鋰替代碳材料可以從根本上消除鋰離子電池的安全隱患，使鋰離子電池的循環(huán)性能和快速充放電性能得到大幅度提高。然而，鈦酸鋰材料導(dǎo)電性差，通常采用的改變鈦酸鋰材料導(dǎo)電性的方法是碳包覆或者摻雜改性，但是通過上述方法改性得到的鈦酸鋰材料的倍率充放電性能仍然較差。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的鈦酸鋰材料的倍率放電性能差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鈦酸鋰材料的制備方法，通過該方法制備得到的鈦酸鋰材料具有優(yōu)異的倍率放電性能。

本發(fā)明公開的鈦酸鋰材料的制備方法包括將含有鋰源和鎳源的混合物進(jìn)行初步球磨，然后進(jìn)行初步煅燒，得到前體；然后將前體與鈦源混合并進(jìn)行二次球磨，再在惰性氣氛或還原性氣氛中進(jìn)行二次煅燒，得到所述鈦酸鋰材料。

同時，本發(fā)明還公開了通過上述方法制備得到的鈦酸鋰材料。

另外，作為本發(fā)明的另一個目的，還公開了一種鋰離子電池，包括電池殼體、極芯和電解液，所述極芯和電解液密封容納在電池殼體內(nèi)，所述極芯包括正極、負(fù)極和位于正極與負(fù)極之間的隔膜，所述正極包括正極集流體和負(fù)載在正極集流體上的正極材料，所述負(fù)極包括負(fù)極集流體和負(fù)載在負(fù)極集流體上的負(fù)極材料，所述負(fù)極材料包括負(fù)極活性物質(zhì)，其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)為上述鈦酸鋰材料。

發(fā)明人通過大量的實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，在制備鈦酸鋰材料時，采用元素鎳對鈦酸鋰材料進(jìn)行摻雜，并先將鋰源與鎳源進(jìn)行球磨，然后初步煅燒，得到部分鎳取代的鋰材料前體，然后將前體與鈦源混合并二次球磨、二次煅燒，得到鎳摻雜的鈦酸鋰材料，其中具有大量的因上述摻雜產(chǎn)生的變價鈦原子，極大的提高了材料的導(dǎo)電性能，促使材料的大倍率充放電性能得到了顯著提高。發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，鎳摻雜的程度對最后制備得到的鈦酸鋰材料的倍率性能由非常大的影響；本發(fā)明公開的方法能更好的將元素鎳摻雜進(jìn)鈦酸鋰材料，進(jìn)而使鈦酸鋰材料具有優(yōu)異的大倍率充放電性能。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明公開的鈦酸鋰材料的制備方法包括將含有鋰源和鎳源的混合物進(jìn)行初步球磨，然后進(jìn)行初步煅燒，得到前體；然后將前體與鈦源混合并進(jìn)行二次球磨，再在惰性氣氛或還原性氣氛中進(jìn)行二次煅燒，得到所述鈦酸鋰材料。

根據(jù)本發(fā)明，上述方法中采用的鋰源可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種鋰鹽，例如所述鋰源可選自氫氧化鋰、醋酸鋰、碳酸鋰、氯化鋰、鉻酸鋰、四水檸檬酸鋰、四氯鋁酸鋰、溴化鋰、四氟硼酸鋰或草酸鋰中的一種或多種。