[發(fā)明專利]一種鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法、負極片及鋰離子電池

有效

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• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107910528B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙微;詹世英;馬美品;李海軍;蔡惠群
• 申請（專利權(quán)）人: 銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/131
• 代理公司: 北京煦潤律師事務(wù)所 11522
• 代理人: 劉栩

本發(fā)明是關(guān)于一種鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法、負極片及鋰離子電池，涉及電池技術(shù)領(lǐng)域。主要采用的技術(shù)方案為：一種鈦酸鋰復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：1)制備二氧化釕/二氧化鈦復(fù)合物；2)以二氧化釕/二氧化鈦復(fù)合物、鋰源為原料，制備出鈦酸鋰復(fù)合材料。一種鈦酸鋰復(fù)合材料由上述方法制備而成。一種負極片包括上述的鈦酸鋰復(fù)合材料；一種鋰離子電池包括上述的負極片。本發(fā)明主要用于提供一種導(dǎo)電性能好的鈦酸鋰復(fù)合材料，且該鈦酸鋰復(fù)合材料用于鋰離子電池的負極活性材料時，能提高鋰離子電池的倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法、負極片及鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著煤、石油、天然氣等化石燃料的逐漸枯竭，當(dāng)今人類正面臨著前所未有的能源危機，在合理利用和節(jié)約不可再生資源的同時，尋找和開發(fā)可再生能源勢在必行。然而，在開發(fā)和利用太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹倪^程中必然用的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等可循環(huán)使用的儲能設(shè)備。在諸多的化學(xué)儲能電池中，鋰離子電池因其高工作電位、高能量密度、長循環(huán)壽命、自放電小、使用溫度范圍廣、無記憶效應(yīng)等特點而備受矚目。

目前，鋰離子電池的負極材料大多采用各種嵌鋰碳材料。但是，由于炭電極的電勢與金屬鋰的電勢很接近，當(dāng)電池過充時，炭電極表面易析出金屬鋰，會形成枝晶而引起短路，溫度過高時易引發(fā)熱失控。尖晶石Li₄Ti₅O₁₂相對于金屬鋰的電極電勢為1.55V，反應(yīng)有著十分平坦的充放電平臺，安全性能好；并且Li₄Ti₅O₁₂是一種“零應(yīng)變”插入材料，在充放電過程中具有極其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的循環(huán)性能。盡管Li₄Ti₅O₁₂的理論比容量只有175mA·h/g，但由于其可逆鋰離子脫嵌比例接近100％，故其實際比容量一般保持在150-160mA·h/g。但是，Li₄Ti₅O₁₂材料的導(dǎo)電性能較差，在高倍率充放電過程中易產(chǎn)生較大極化，制約了其在鋰離子電池中的應(yīng)用。

針對鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)材料存在的上述缺點，現(xiàn)有技術(shù)主要采用以下兩種較為有效的手段對鈦酸鋰材料進行改性：第一、離子摻雜改性，目前研究過的摻雜離子主要有Mg²⁺、Al³⁺、Sn⁴⁺、W⁴⁺、Ni⁴⁺、V⁵⁺和F^-等；引入少量的金屬元素不僅可以有效提高鈦酸鋰材料的導(dǎo)電性，還可以降低氧化還原反應(yīng)電壓或者導(dǎo)致的較低電勢下出現(xiàn)額外的電壓平臺；但是，現(xiàn)有技術(shù)主要采用固相法進行離子摻雜；而傳統(tǒng)的固相法雖然操作簡單，對設(shè)備要求低，但是其合成的產(chǎn)物顆粒不均勻、晶形不規(guī)則、粒徑分布范圍廣且合成周期長，難以實現(xiàn)鈦酸鋰材料的高效利用。第二、炭包覆/復(fù)合改性，其主要是以石墨烯、乙炔黑、多壁碳納米管等作為炭源來對鈦酸鋰進行包覆或與鈦酸鋰進行復(fù)合，來提高鈦酸鋰材料的電子電導(dǎo)率；然而，受材料之間的親和性及制備、攪拌設(shè)備的限制，石墨烯等碳源的分散問題以及其與鈦酸鋰材料的復(fù)合效果依然不佳，使得所制備的電極的電池容量及倍率性能不理想。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種鈦酸鋰復(fù)合材料及其制備方法、負極片及鋰離子電池，主要目的在于提供一種導(dǎo)電性能好的鈦酸鋰復(fù)合材料，且該鈦酸鋰復(fù)合材料用于鋰離子電池的負極活性材料時，能提高鋰離子電池的倍率性能。

為達到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明的實施例提供一種鈦酸鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)制備二氧化釕/二氧化鈦復(fù)合物；

2)以二氧化釕/二氧化鈦復(fù)合物、鋰源為原料，制備出鈦酸鋰復(fù)合材料。