[發明專利]一種鈦酸鋰復合材料及其制備方法，鈦酸鋰電池

有效

• 申請號: 201711065420.8
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107732222B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 徐軍紅;陳和平
• 申請（專利權）人: 洛陽月星新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡云飛

本發明涉及一種鈦酸鋰復合材料及其制備方法，鈦酸鋰電池。該鈦酸鋰復合材料包括鈦酸鋰顆粒以及包覆在鈦酸鋰顆粒表面的鋁膜。本發明提供的鈦酸鋰復合材料，在鈦酸鋰顆粒的表面包覆鋁膜，進而提高鈦酸鋰復合材料的導電性。試驗表明，在鈦酸鋰顆粒的表面包覆鋁膜，在提高負極材料導電性的同時可有效提高振實密度，從而有利于鈦酸鋰負極材料的克容量發揮及首次效率的提高；電化學試驗結果表明，使用該鈦酸鋰復合材料的鈦酸鋰電池的循環性能、倍率性能得到明顯改善。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料領域，具體涉及一種鈦酸鋰復合材料及其制備方法，鈦酸鋰電池。

背景技術

目前商品化鋰離子電池常用的負極材料主要是石墨類材料，如天然石墨、人造石墨、硬碳、中間相碳微球等。尖晶石結構鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂，LTO)與傳統石墨類負極材料相比，具有不可替代的優勢：(1)其嵌鋰電位高(約1.55V)，充放電過程中不會析出鋰枝晶，可以有效避免鋰枝晶刺穿隔膜引起的短路現象，安全性能好，從材料上消除了鋰離子電池的安全隱患；(2)充放電過程中，材料結構幾乎不發生任何變化，是一種“零應變”材料，循環性能好；(3)鋰離子化學擴散系數比石墨高一個數量級，適合快速充放電；(4)充放電電壓平穩，平臺電壓容量超過總容量的90％。

鈦酸鋰作為負極材料應用的主要缺點在于電子導電性差，固有電導率僅為10^-9S/cm，且大電流放電易產生較大極化，這些缺點限制了其商品化的應用。目前，常采用對鈦酸鋰的包覆改性來改善上述問題。

申請公布號為CN104362325A的專利公開了一種碳包覆鈦酸鋰負極材料的制備方法，其是以鈦酸鋰、二氧化鈦和鄰二氮菲為原料制備鈦酸鋰/碳復合前驅體，然后將該前驅體在氬氣中于750℃焙燒8h制得碳包覆鈦酸鋰負極材料。該鈦酸鋰負極材料的電子導電性雖有改善，但仍需進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈦酸鋰復合材料，從而解決現有鈦酸鋰負極材料的電子導電性較差的問題。

本發明的第二個目的在于提供上述鈦酸鋰復合材料的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供使用上述鈦酸鋰復合材料的鈦酸鋰電池。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種鈦酸鋰復合材料，包括鈦酸鋰顆粒以及包覆在鈦酸鋰顆粒表面的鋁膜。

本發明提供的鈦酸鋰復合材料，在鈦酸鋰顆粒的表面包覆鋁膜，進而提高鈦酸鋰復合材料的導電性。試驗表明，在鈦酸鋰顆粒的表面包覆鋁膜，在提高負極材料導電性的同時可有效提高振實密度，從而有利于鈦酸鋰負極材料的克容量發揮及首次效率的提高；電化學試驗結果表明，使用該鈦酸鋰復合材料的鈦酸鋰電池的循環性能、倍率性能得到明顯改善。

所述鈦酸鋰顆粒的粒徑為0.5～5μm。優選的，所述鈦酸鋰顆粒的粒徑為0.5～2μm。

所述鋁膜的厚度為5nm～10nm。鋁膜的厚度控制在上述范圍內，可以在不影響材料能量密度的條件下，有效避免位于內核的鈦酸鋰直接與電解液接觸，降低其副反應的發生機率；同時，在該厚度范圍內，對鋰離子的嵌出通道基本無影響。

采用上述優選粒徑大小的鈦酸鋰和合適厚度的鋁膜，可對鈦酸鋰顆粒的表面形態進行改善，最大程度地改進導電性和振實密度，進而提高負極材料的電化學性能。

上述鈦酸鋰復合材料的制備方法，包括：利用磁控濺射在鈦酸鋰顆粒表面包覆鋁膜。

磁控濺射時，在與靶材相向的工作臺上平鋪鈦酸鋰顆粒，然后經抽真空、通入工作氣體，對鈦酸鋰顆粒進行濺射包覆鋁膜。為優化鋁膜的包覆效果，可將鈦酸鋰顆粒平鋪在微型振動裝置基板上，調節振動頻率和功率，使鈦酸鋰顆粒均勻分散。采用該振動方法可使鋁膜的包覆效果得到明顯改善。