[發明專利]一種鋰離子電池用鐵酸鹽-鈦酸鋰復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711413501.2
• 申請日: 2017-12-24
• 公開（公告）號: CN107978754B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 劉嘉銘;徐志峰;王蘇敏;付群強;李雪
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
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本發明公開了一種鋰離子電池用鐵酸鹽?鈦酸鋰復合負極材料及其制備方法，所述負極材料包含鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂，以及包覆在Li₄Ti₅O₁₂表面的包覆層。所述包覆層為鐵酸鹽類材料，包括CoFe₂O₄、ZnFe₂O₄、CuFe₂O₄和MgFe₂O₄的一種或多種。本發明首先將上述金屬硝酸鹽和助燃劑混合溶解于去離子水中，再加入Li₄Ti₅O₁₂并強力超聲分散2h，用氨水將pH值調至中性，在溫度80～130℃條件下將溶液蒸干得到凝膠，將凝膠加熱至200～300℃并恒溫5～15 min，然后通過空氣氛煅燒工藝得到復合材料。該鋰離子電池復合負極材料容量高、具有優良的循環穩定性和耐久性。

技術領域

本發明屬于材料合成及能源技術領域，具體涉及鋰離子電池用鐵酸鹽-鈦酸鋰材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、循環壽命長、無記憶性等優點，在數碼、儲能、電動汽車等領域得到廣泛的應用，成為應用前景最為明朗的高能電池體系。

目前商業化的鋰離子電池多用石墨負極材料，但石墨材料存在許多缺點，例如，循環性能不足，高溫條件下易失效，鋰晶枝生成易引發安全隱患等。而鈦酸鋰材料具有鋰離子脫嵌/嵌入過程中體積變化小，穩定性高，循環性能強，鋰晶枝不易產生，安全性高等優點，是非常有前景的一種電極材料。但鈦酸鋰的理論容量較低（175 mAh/g），難以滿足人們對高能量密度鋰離子電池的需求。

發明內容

針對鈦酸鋰的不足，本發明提供了一種鋰離子電池用鐵酸鹽-鈦酸鋰復合負極材料及其制備方法，將高容量的鐵酸鹽類材料（理論容量＞880mAh/g）包覆在鈦酸鋰表面，以解決鈦酸鋰容量低的缺點。此外，依托于鈦酸鋰循環穩定性高的優點，鐵酸鹽包覆層的贗電容效應能夠在循環幾十次后將復合電極材料的可逆容量拉高。此制備方法具有工藝簡單、成本低廉的優點。所得材料含有一定的孔洞結構，既可以加快鋰離子電子的傳輸，提高電化學活性；又可以增加材料的穩定性，提高材料的可加工性與儲存穩定性。

為達到上述目的，本發明一方面提供了一種鋰離子電池用鐵酸鹽-鈦酸鋰復合負極材料，所述復合負極材料包括鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂以及包覆在所述Li₄Ti₅O₁₂表面的鐵酸鹽包覆層，所述鐵酸鹽為CoFe₂O₄、ZnFe₂O₄、CuFe₂O₄和MgFe₂O₄的至少一種。

進一步地，所述Li₄Ti₅O₁₂占所述復合負極材料總質量的50～90%。

進一步地，所述鐵酸鹽包覆層厚度為20～2000 nm。

本發明另一方面提供了一種上述鋰離子電池用鐵酸鹽-鈦酸鋰復合負極材料的制備方法，包括以下步驟。

（1）稱取M(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃和助燃劑混合溶解于去離子水中，所述M元素為Co、Zn、Cu、Mg中的至少一種。

（2）往溶液中加入Li₄Ti₅O₁₂并強力超聲分散2h，用氨水將溶液pH值調至6.5～7.0。