[發(fā)明專利]一種釔改性的鈦酸鋰負極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2012-08-20
• 公開（公告）號: CN102780005A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設計）人: 白玉俊;龔晨;亓永新;倫寧
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/485
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本發(fā)明屬于無機非金屬材料技術領域，涉及一種高性能的釔改性的鈦酸鋰負極材料及其制備方法。

背景技術

鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂,?縮寫為LTO）作為一種插入型鋰離子電池負極材料，具有一系列的優(yōu)點，如充放電過程中結(jié)構穩(wěn)定，晶格常數(shù)變化小，循環(huán)性能好，倍率性能較高等。但是鈦酸鋰的電子和離子電導率很低，高倍率放電性能較差，影響了其應用。改善鈦酸鋰電化學性能的方法主要包括納米化、摻雜、表面改性、形成復合材料等。通過表面改性或者與高導電性材料復合，只能提高鈦酸鋰表面的電導率和晶粒之間的電導率，但難以從根本上提高晶粒內(nèi)部的電導率和鋰離子傳導率。納米化可以提高鈦酸鋰的比表面積，增加電極材料與電解液之間的接觸，促進電極反應的發(fā)生，減少充放電過程中的極化損失，提高容量，還可降低鋰離子和電子的固態(tài)擴散距離，改善大電流充放電能力，但是納米化依然不能解決鈦酸鋰內(nèi)在的電子和鋰離子電導率低的問題。

摻雜是提高鈦酸鋰電子和離子電導率的有效方法，目前進行摻雜的元素主要有Mg²⁺,?Al³⁺,?Ni³⁺,?Mn³⁺,?Cr³⁺,?Co³⁺,?Fe³⁺,?Ga³⁺,?La³⁺,?Zr⁴⁺,?Zn²⁺,?Mo⁴⁺,V⁴⁺,?V⁵⁺,?F^-?和?Br^-，但現(xiàn)有的元素摻雜對高倍率性能的改善作用非常有限，一些元素的摻雜甚至會導致鈦酸鋰電化學性能降低，這與摻雜元素的選擇和摻雜量有關。目前國內(nèi)外尚未有釔改性鈦酸鋰負極材料的研究報道。

改善鈦酸鋰的電子和鋰離子電導率，提高其電化學性能，對于鈦酸鋰材料的產(chǎn)業(yè)化及其廣泛應用具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述技術問題，提供一種高性能的釔改性的鈦酸鋰負極材料及其制備方法，制備的釔改性鈦酸鋰負極材料，具有優(yōu)異的電子和鋰離子傳導性能。在勿需表面包碳，且充電和放電循環(huán)之間不需要靜置的情況下即具有高的庫侖效率和優(yōu)異的電化學性能；在電極制備過程中不需要加入炭黑作為導電劑依然具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能；不需要低倍率活化，直接進行10?C的高倍率測試同樣具有高的庫侖效率和優(yōu)異的循環(huán)性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。

一種釔改性的鈦酸鋰負極材料，該鈦酸鋰負極材料的分子式為Y_xLTO，0＜x≤0.1。

一種釔改性的鈦酸鋰負極材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）稱取鈦源、鋰源和釔源，混合均勻后在100~120℃烘干，

（2）在550-800℃燒結(jié)3-10小時后自然冷卻至室溫，研磨。

所述鈦源為鈦酸四丁酯和/或二氧化鈦。

所述釔源為硝酸釔或氫氧化釔中的一種或兩種的復合。

鋰源可以為氫氧化鋰、硝酸鋰、碳酸鋰、草酸鋰、醋酸鋰、硬酯酸鋰等中的一種或幾種。

本發(fā)明的有益效果是：

1、反應過程簡單、易控，設備投資少，能耗小，生產(chǎn)效率高。

2、制備的釔改性鈦酸鋰負極材料具有優(yōu)異的電子和鋰離子傳導性能。

3、制備的釔改性鈦酸鋰負極材料，在勿需表面包碳的情況下即具有優(yōu)異的電化學性能。

4、制備的釔改性鈦酸鋰負極材料加工電極時，在不加入炭黑作為導電劑的情況下依然保持優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，這是其它的鈦酸鋰材料無法達到的性能。

5、制備的釔改性鈦酸鋰負極材料電極，在充電和放電循環(huán)之間不進行靜置的情況下仍具有高的庫侖效率和優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。

6、制備的釔改性鈦酸鋰負極材料電極，不進行低倍率活化，直接在10?C進行高倍率測試同樣具有高的庫侖效率和優(yōu)異的循環(huán)性能。

附圖說明

圖1是實施例5制得的釔改性的鈦酸鋰負極材料的X-射線衍射圖。

圖2是實施例2制得的釔改性的鈦酸鋰負極材料的透射電鏡形貌圖。

圖3是實施例4制得的釔改性的鈦酸鋰負極材料的倍率性能（加炭黑，充放電循環(huán)之間靜置3分鐘）。