[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法無效

申請號：	201110293967.X	申請日：	2011-09-30
公開（公告）號：	CN102354748A	公開（公告）日：	2012-02-15
發明（設計）人：	鄭軍偉;趙曉梅;周群;桓佳君;李亞斌	申請（專利權）人：	蘇州大學
主分類號：	H01M4/485	分類號：	H01M4/485;H01M4/1391;C01G23/00
代理公司：	北京集佳知識產權代理有限公司 11227	代理人：	常亮;李辰
地址：	215123 江蘇***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種鋰離子電池負極材料及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體地說，涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著資源的日益枯竭和全球氣候變暖等問題的突顯，綠色低碳的生活方式受到了倡導。其中，發展電動車及混合電動車來部分代替消耗化石燃料的內燃機汽車是解決能源危機及環境惡化的主要方法之一。驅動電源是影響電動車推廣使用的關鍵部件，如今廣泛使用的驅動電源包括鉛酸電池，鎳氫/鎳鎘、鋰離子電池等。在各種驅動電源中，鋰離子電池由于具有能量密度高，循環性好，自放電率低、使用壽命長和環境負擔小等優點，得到了廣泛的研究。

目前，鋰離子電池主要以碳材料作為負極材料，但是，由于碳材料的嵌鋰電位與金屬鋰的電位非常接近，在大電流充電時很容易在負極表面生長枝晶鋰，從而帶來安全隱患，使安全問題成為影響電動車類交通工具的發展瓶頸。并且，碳負極在首次充放電過程中易在其表面形成固體電解質界面膜(SEI膜)，使電池性能下降，難以滿足鋰離子電池大電流充放電的要求。

尖晶石鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)與鋰電極的電位差為1.5V，在電池充放電過程中不易形成枝晶鋰，安全性能好，且在充放電過程中，Li⁺的嵌脫對Li₄Ti₅O₁₂材料結構幾乎無影響，從而使Li₄Ti₅O₁₂具有優良的循環性能。另外，Li₄Ti₅O₁₂還具有放電電壓平穩、嵌鋰電位高、庫倫效率高、可在大多數液體電解質的穩定電壓區間內使用而不與電解液形成SEI膜等特點，與碳負極和鋰負極材料相比，Li₄Ti₅O₁₂具有更好的電化學性能和安全性。因此，Li₄Ti₅O₁₂是一種極具應用前景的電池負極材料。

然而，Li₄Ti₅O₁₂的電子結構為，Ti的3d空軌道具有2eV帶隙能量，使Li₄Ti₅O₁₂的本征導電率較低，僅為10^-9S/cm，因此，為了使Li₄Ti₅O₁₂在大電流充放電電池材料中獲得更好的應用，需對Li₄Ti₅O₁₂進行修飾或改性。現有技術中，主要是對Li₄Ti₅O₁₂材料表面進行碳修飾，雖然提高了材料導電性，但降低了振實密度。另一種方法是通過在Li₄Ti₅O₁₂的表面修飾TiN薄膜提高材料的導電性能。根據Li₄Ti₅O₁₂的材料特征，Li₄Ti₅O₁₂中的Ti與N結合成具有金屬導電性能的TiN，N可通過化學鍵緊密結合在Li₄Ti₅O₁₂表面，在不減少振實密度的前提下提高材料的導電性能，從而改善其大電流充放電性質。具體的，Snyder?M?Q(參見：Journal?of?Power?Sources，2007，165(1)：379-385)報道了通過原子層沉積法(ALD)在Li₄Ti₅O₁₂表面沉積一層TiN，使Li₄Ti₅O₁₂的導電性能得到提高，但是，該方法操作復雜、成本高，條件難以控制。Kyu-Sung?Park(參見：J.Am.Chem.Soc.，2008，130(45)：14930-14931)報道了用氨分解法在Li₄Ti₅O₁₂表面制備TiN薄膜，該方法使用的氨氣具有腐蝕性和危險性，且在大規模生產時難以控制材料包覆的均勻性。