[發明專利]鋰離子電池用鈦酸鋰和二氧化鈦復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811024042.3
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN108933252A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 張海朗;張二衛
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;夏蘇娟

本發明屬于鋰離子電池技術領域，公開了一種鋰離子電池用鈦酸鋰和二氧化鈦復合材料及其制備方法。該方法是將鈦源加入到溶劑中，再加入含有一定量鋰源的去離子水溶液，混合攪拌至均勻后，進行水熱反應；將所得沉淀分離、洗滌、干燥、研磨后，于高溫下煅燒得到最終產物。采取本發明的方法，能夠簡單、低成本的制備出納米尺寸的鈦酸鋰和二氧化鈦復合材料。將其用作負極材料時，表現出優異的循環和倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池用鈦酸鋰和二氧化鈦復合材料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池之所以得到普及，是因為具有優異的循環性能和高能量密度等優點。就目前而言，石墨依然是商用鋰離子電池負極材料的主要原料。然而，在具有優點的同時，它也有一定的缺陷。例如，隨著充放電過程中Li⁺的嵌入和脫出，會在石墨表面形成鋰枝晶，長時間積聚會刺穿隔膜、造成電池內部短路，存在安全隱患。

鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）擁有~1.55 V的高工作電壓平臺，不會在其表面產生鋰枝晶和固體電解質界面（SEI）膜，可以作為石墨的候選材料。另外，Li₄Ti₅O₁₂擁有“零應變”的特性，即Li⁺在材料內部的嵌入和脫出基本上不會對其體積造成影響，循環性能優異；而且其高鋰離子擴散系數，有利于快速充放電，即倍率性能優異。然而，Li₄Ti₅O₁₂的理論容量比石墨低，只有~175 mAh/g，且有著較低的導電性（~10^-13 S/cm）。

研究表明，Li₄Ti₅O₁₂和TiO₂的復合材料（LTO-TO），由于Li₄Ti₅O₁₂和TiO₂的界面效應，能夠使Li₄Ti₅O₁₂的電化學性能得到提高。尺寸小和比表面積大是納米材料的特點，作為電極材料可以縮短Li⁺的擴散路徑、充分接觸電解液，最終發揮出更優的電化學性能。因此，制備具有納米級別顆粒尺寸的LTO-TO復合材料是一種可行的方法。

發明內容

本發明的目的是以簡單、低成本的途徑，提供一種鋰離子電池用鈦酸鋰和二氧化鈦復合材料及其制備方法，所得材料具有優異的循環和倍率性能。

按照本發明的技術方案，所述鋰離子電池用鈦酸鋰和二氧化鈦復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將溶劑置于燒杯中，磁力攪拌條件下，加入鈦源，攪拌至均勻得到溶液1；

（2）將鋰源溶解于去離子水中，得到溶液2；

（3）將溶液2倒入溶液1中，得到混合溶液并持續攪拌25-35 min；

（4）將（3）中得到的混合溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱反應釜中，置于烘箱中進行水熱反應；

（5）冷卻至室溫后，將所得產物進行離心分離、水洗、醇洗以及70-90 °C干燥10-14 h；

（6）將產物研磨后，置于馬弗爐中，以4-6°C/min的升溫速率在空氣氣氛中進行高溫煅燒，冷卻至室溫后得到最終產物，即鈦酸鋰和二氧化鈦復合材料。

進一步的，所述步驟（1）中的溶劑為無水乙醇，鈦源為鈦酸四正丁酯，鈦源與溶劑的體積比為1:4-6。

進一步的，所述步驟（2）中鋰源為一水合氫氧化鋰，鋰源用量按照鋰鈦摩爾比3.5-4.5:5。

進一步的，所述鈦源與去離子水的體積比為2:2.5-3.5。