[發明專利]分級多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711133047.5
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107959011B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 趙世璽;黃超
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 44223 深圳新創友知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉莉

一種分級多孔鈦酸鋰?二氧化鈦復合負極材料及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：S1、將鈦源與N,N?二甲基甲酰胺和異丙醇的混合溶液在水熱反應釜中進行熱反應得到反應產物A；S2、將反應產物A抽濾，濾餅經過洗滌后得到氫氧化鈦水合物，所述氫氧化鈦水合物為具有分級結構，且為多孔亞微米級顆粒球狀；S3、將氫氧化鈦水合物與鋰鹽水溶液和有機溶劑在水熱反應釜中進行熱反應得到反應產物B；S4、將反應產物B抽濾，濾餅經過洗滌和干燥處理后，在空氣中燒結，得到球狀的分級多孔鈦酸鋰?二氧化鈦復合顆粒。本發明制備方法獲得的復合負極材料具有優異的比容量和循環性能，可用作高倍率、能在寬溫度范圍工作的鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料技術領域，特別是涉及一種分級多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復合負極材料及其制備方法。

背景技術

在近幾年中，鋰離子二次電池由于其高電壓、長循環壽命、高能量密度及高功率密度的優點已經廣泛運用于便攜式電子器件、電動汽車及儲能設備。然而，在這個快速充電技術盛行的時代背景下，各類運用也對鋰離子電池提出了更高的要求——更安全、更長循環壽命、更好的倍率性能和低溫性能。但是，商業化的石墨基負極材料由于其本征的小的鋰離子電池擴散常數，無法滿足電動汽車及高倍率設備的運用。同時由于鋰離子在石墨負極中的脫嵌電位接近于鋰的氧化還原電位，因此容易形成鋰枝晶，鋰枝晶刺穿隔膜會導致電池的正負極直接接觸短路，電池發熱甚至爆炸造成嚴重的安全性問題。

尖晶石結構的鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂(LTO)在充放電過程中結構幾乎不變，被視為“零應變”材料。其理論容量可達175mAh g^-1，放電平臺為1.55V(versus Li⁺/Li)，避免了形成鋰枝晶，具有更好的安全性。然而，鈦酸鋰本身也存在著低電子傳導率的問題，同時，在低溫狀態(<0℃)下，電池的電阻增高和極化增大等問題也會影響鈦酸鋰的性能。所以如果能找到一種改性鈦酸鋰的方法，使其集高循環穩定性、高倍率性能和優異的低溫性能于一體，那么對于解決鋰離子電池在高倍率及極端低溫條件下的運用將有重要貢獻。

發明內容

本發明的目的是提供一種分級多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復合負極材料及其制備方法，其集高循環穩定性、高倍率性能和優異的低溫性能于一體。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種分級多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鈦源與N,N-二甲基甲酰胺和異丙醇的混合溶液在水熱反應釜中進行熱反應得到反應產物A；

S2、將步驟S1制得的反應產物A抽濾，濾餅經過洗滌后得到氫氧化鈦水合物，所述氫氧化鈦水合物具有分級結構，且為多孔亞微米級顆粒球狀；

S3、將步驟S2制得的氫氧化鈦水合物與鋰鹽水溶液和有機溶劑在水熱反應釜中進行熱反應得到反應產物B；

S4、將步驟S3制得的反應產物B抽濾，濾餅經過洗滌和干燥處理后，在空氣中燒結，得到球狀的分級多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復合顆粒。

一種分級多孔鈦酸鋰-二氧化鈦復合負極材料，其由鈦酸鋰-二氧化鈦復合物納米片團聚而成，其由花瓣狀的亞微米級球形顆粒組成，具有立方晶相和四方相的兩相結構。