[發明專利]鈦酸鋰負極材料及制備方法和采用該負極材料制得的電池

有效

• 申請號: 201210154273.2
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN102646823A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 蔡亞楠;王世銀;劉艷;池田一崇
• 申請（專利權）人: 湖南瑞翔新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及鋰離子電池、超級電容器領域，特別地，涉及一種鈦酸鋰負極材料及制備方法。此外，本發明還涉及一種采用上述負極材料制得的電池。

背景技術

隨著化石能源的日漸枯竭和環境污染的日益加劇，汽車動力的來源問題受到前所未有的關注。目前移動電子設備的電源通常采用鋰離子電池，這種電池同時可以作為超級電容器為電動汽車供能。但是，現有商業化鋰離子電池通常采用鈷酸鋰或鎳鈷錳三元材料為正極、碳材料為負極，這種正負極配對如果應用在動力電池上，將會產生很大的安全問題。在動力電池不斷的充放電過程中，鋰離子很有可能在碳材料表面形成鋰枝晶，從而刺穿隔膜導致電池短路。目前一種新型的鋰離子電池負極材料鈦酸鋰逐漸成為研究的熱點，它具有諸多優點：(1)在鋰離子嵌入脫出的過程中晶體結構能夠保持高度的穩定性，而使其具有優良的循環性能和平穩的放電電壓；(2)具有相對較高的電極電壓(1.55V)，這使得該電極材料能夠在大多數液體電解質的穩定電壓區間中使用，從而避免了電解液分解現象或保護層的生成；(3)Li₄Ti₅O₁₂在充電到尖晶石結構和巖鹽結構兩相區時電壓出現平臺，利用這一點，可作為充電結束的指示；(4)Li₄Ti₅O₁₂在常溫下的化學擴散系數為2×10^-8cm²·s^-1，比碳負極材料大1個數量級，充放電速率很快。

但是，鋰離子電池如果要具備良好的電化學性能，必須同時具備高離子導電性和電子導電性。鈦酸鋰的尖晶石型結構為鋰離子提供了良好的三維通道，鋰離子電導率相當高；但是，鈦酸鋰材料的電子電導率則很差?，F有技術在改進鈦酸鋰導電性上，基本采用兩種方法：（1）是在鈦酸鋰負極材料中摻雜其它元素，如；鈉（Na）、鎂(Mg)、鋅（Zn）、鉭（Ta）、鈮（Nb）、鋯(Zr)、銅（Cu）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、錳（Mn）、釔（Y）和一些稀土金屬元素（鑭系）；（2）表面碳包覆。雖然以上方法能在一定程度上解決鈦酸鋰材料電子電導率差的問題，但其電化學性能依舊不理想。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種鈦酸鋰負極材料及制備方法和采用該負極材料制得的電池，以解決鈦酸鋰材料電子電導率差，電化學性能不理想的問題。

為實現上述目的，本發明的一方面提供了一種鈦酸鋰負極材料，上述鈦酸鋰負極材料的化學式為：Li_4-xCa_xTi_5-yHf_yO₁₂，其中，0.01≤x≤0.05，0.001≤y≤0.01。

進一步地，X的范圍0.015≤x≤0.03，Y的范圍0.0015≤y≤0.005。

進一步地，X=0.02，Y=0.002。

進一步地，鈦酸鋰負極材料的粒徑為1~5μm。

本發明的另一方面還提供了一種鈦酸鋰負極材料的制備方法，包括以下步驟：將鈦源，鋰源，鈣源和鉿源混合后得到第一物料；將第一物料進行燒結得到第二物料；將第二物料進行粉碎，分散，獲得鈦酸鋰負極材料。

進一步地，鈣源為碳酸鈣、氫氧化鈣、氯化鈣中的一種或任意種。

進一步地，鉿源為Hf金屬粉末、氧化鉿或乙醇鉿的一種或任意種。

本發明的另一方面，還提供了一種電池，該電池采用上述的鈦酸鋰負極材料作為負極材料。

本發明具有以下有益效果：

本發明通過摻雜鈣、鉿兩種元素，使鈦酸鋰負極材料具有優異的倍率性能、良好的導電性能，具有循環性能優異，重現性好等優點，并且原料價格低廉，制備工藝簡單，適合工業化規模生產。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明優選實施例產品50次循環容量測試圖；

圖2為本發明優選實施例產品的倍率性能曲線圖；

圖3為本發明優選實施例產品的X-射線衍射圖譜；

圖4為本發明優選實施例產品的掃描電鏡照片；

圖5為本發明優選實施例產品的粒徑分布圖。

具體實施方式