[發明專利]零應變雜化LTO鋰電池負極材料的制備方法及含該負極材料的鋰電池負極

在審

• 申請號: 201710835497.2
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107658448A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 程琦;趙金星;蘭倩;劉暢;湯舜;梁濟元;曹元成
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/131;H01M4/1391;B82Y30/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 俞鴻

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，具體地指一種零應變雜化LTO鋰電池負極材料的制備方法及含該負極材料的鋰電池負極。

背景技術

Li₄Ti₅O₁₂(LTO)是一種用作鋰離子電池的負極材料，LTO相對于碳材料負極具有高度安全性和穩定性，因此成為了安全型鋰離子電池負極中廣受關注的備選材料。作為負極材料，LTO具有穩定的放電電壓平臺(1.55V vs Li⁺/Li)且充放電過程中體積幾乎不發生任何變化，具有“零應變”特性，因此具有非常好的循環性能。LTO在常溫下的化學擴散系數比碳負極材料高1個數量級，充放電速度很快。但是，鈦酸鋰是一種絕緣材料，其導電性差，在大電流充放電時容量衰減快、倍率性能較差。

為了提高LTO材料電子電導率和大倍率充放電性，授權公告號為CN103022461B的中國發明專利公開了一種稀土金屬摻雜的微納鈦酸鋰負極材料及制備方法，該方法采用球形二氧化鈦為初始原料，以水或乙醇為反應溶劑，通過水熱反應以及煅燒處理，制備得稀土金屬摻雜的鈦酸鋰。然而，該制備方法中摻雜稀土金屬，使得成本大幅度增加。申請公布號為CN 102610824 A的中國發明專利公開了一種納米級Li₄Ti₅O₁₂/Ag鋰離子負極材料的制備方法，該方法采用的是水熱合成法與固相處理相結合，鈦源在溶劑中水解再與鋰源在高溫下發生反應，在制備的過程中，摻雜Ag，但是Ag在Li₄Ti₅O₁₂中分布不均，會造成導電率低。

綜上所述，現有方法制備的鈦酸鋰(LTO)制得的負極材料的電子導電率普遍比較低，導致使用該負極材料的鋰離子電池的高倍率性能較差，這嚴重限制了鋰離子電池在動力汽車領域的應用。

發明內容

本發明的目的就是要提供一種零應變雜化LTO鋰電池負極材料的制備方法及含該負極材料的鋰電池負極，該負極材料能有效的解決鋰電池在充放電時體積變化問題，解決了延長鋰電池的循環壽命的關鍵。

為實現上述目的，本發明所提供的一種零應力雜化LTO鋰電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：先將Li₂CO₃和TiO₂進行焙燒處理后冷卻至室溫，再經分散處理，得到純相Li₄Ti₅O₁₂；然后將純相Li₄Ti₅O₁₂與金屬摻雜劑進行煅燒處理，自然冷卻即得零應變雜化LTO鋰電池負極材料。

進一步地，所述Li₂CO₃與TiO₂的加入量按摩爾比n(Li)：n(Ti)＝4～4.2:5。最佳地，所述Li₂CO₃與TiO₂的加入量按摩爾比n(Li)：n(Ti)＝4.2:5。

進一步地，所述Li₄Ti₅O₁₂與金屬摻雜劑的加入量按質量比為9.9～9.5:0.1～0.5。

優選地，所述Li₄Ti₅O₁₂與金屬摻雜劑的加入量按質量比為9.7～9.5:0.3～0.5。

最佳地，所述Li₄Ti₅O₁₂與金屬摻雜劑的加入量按質量比為9.5:0.5。

進一步地，所述金屬摻雜劑選自AgNO₃、CuO、Cu中的一種。

進一步地，所述焙燒處理具體為：在氬氣氛圍下，以5～10℃/min的速率升溫至650～900℃，再保溫10～15h。

進一步地，所述分散處理具體為球磨破碎或者電磁破碎。

進一步地，所述煅燒處理具體為：在氬氣氛圍下，于650～900℃溫度條件下煅燒2～6h。

本發明還提供了一種含有上述方法制成的零應變雜化LTO鋰電池負極材料的鋰電池負極，該鋰電池負極由零應力雜化LTO鋰電池負極材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯組成，所述零應變雜化LTO鋰電池負極材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的質量比為8:1:1。