[發(fā)明專利]鋰鈦復(fù)合氧化物、改性鈦酸鋰材料及其制備方法、應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811114929.1
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109119622A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉佳麗;周蘭;李旺;于維珂
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電氣集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦;鄒玲

本發(fā)明公開一種鋰鈦復(fù)合氧化物、改性鈦酸鋰材料及其制備方法、應(yīng)用。該制備方法包括如下步驟：鋰源化合物和鈦源化合物的原料混合物，先經(jīng)煅燒后，再進(jìn)行表面還原處理即得鋰鈦復(fù)合氧化物；其中，原料混合物中鋰元素與鈦元素的摩爾比為b，且0.75＜b＜0.8；表面還原處理在還原氣氛下進(jìn)行，還原氣氛為氫氣氣氛或者還原氣氛為氫氣和其他氣體的混合氣氛，其他氣體為氮?dú)夂?或惰性氣體，表面還原處理的溫度為600?800℃，表面還原處理的時(shí)間為5?15h。該制備方法制得的鋰鈦化合物具有更高的離子和電子電導(dǎo)率，故可以減少電池極片制作過程中導(dǎo)電炭黑的添加，且制得的電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰鈦復(fù)合氧化物、改性鈦酸鋰材料及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，尖晶石型鈦酸鋰材料受到廣泛關(guān)注。由于該材料在充放電過程中不會(huì)發(fā)生體積變化，因此具有優(yōu)良的循環(huán)壽命；此外，鈦酸鋰材料具有高安全性，這是因?yàn)榕c傳統(tǒng)碳負(fù)極材料相比，該材料具有更低的出現(xiàn)鋰枝晶的可能性；另外，由于尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰為陶瓷材料，因此電池不具有熱擴(kuò)散的效能。

然而，該材料也存在本征缺陷：1)尖晶石型鈦酸鋰材料離子導(dǎo)電性和電子導(dǎo)電性相對較低，影響電池倍率性能及循環(huán)壽命；2)材料具有很強(qiáng)的吸濕性，會(huì)在電池循環(huán)過程中造成電池產(chǎn)氣，同時(shí)提高材料儲(chǔ)存加工過程的難度。針對以上問題一般都通過材料表面包覆以及電池極片中添加導(dǎo)電劑來提高電池大電流充放電性能。目前，鈦酸鋰材料表面包覆技術(shù)以碳包覆以及無機(jī)物包覆為主。其中，碳包覆所用的碳源包括有機(jī)或無機(jī)碳源添加，經(jīng)過高溫裂解后在材料表面生產(chǎn)包覆碳層，該包覆層可以提高材料電子導(dǎo)電性，同時(shí)在一定程度上阻止材料與電解液的直接接觸。無機(jī)物包覆以金屬氧化物，氫氧化物，氟化物等為主。電池極片中導(dǎo)電劑多數(shù)以超級炭黑、乙炔黑、碳納米管等為主。

上述背景技術(shù)中所述的高溫裂解碳包覆方法是目前對鋰電池材料改進(jìn)的常用技術(shù)手段，然而該途徑在達(dá)成一定的技術(shù)效果的同時(shí)也帶來不可否認(rèn)的技術(shù)問題：(1)高溫裂解所形成的碳以無定形多孔碳為主，該結(jié)構(gòu)同樣具有吸水性，且吸附于其中的水分在后續(xù)使用過程中不容易烘出，電池易于脹氣及壽命衰減；(2)高溫裂解技術(shù)生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜，且碳層厚度不容易控制，影響材料批次一致性；(3)高溫裂解不完全的碳源表面帶有一定的官能團(tuán)，容易與電解液發(fā)生反應(yīng)，造成電解液失效及電池壽命衰減。

另外，在電池中添加富足的導(dǎo)電炭黑雖然是彌補(bǔ)電池極片導(dǎo)電性的手段，但是這些炭物質(zhì)本身無法形成穩(wěn)定的SEI膜，且其表面的活性位點(diǎn)易于與電解液發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生大量的氣體，導(dǎo)致電池循環(huán)受到破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有的高溫裂解碳包覆方法所形成的無定形多孔碳具有吸水性在后續(xù)使用過程中不容易烘出，高溫裂解技術(shù)生產(chǎn)工藝相對復(fù)雜、碳層厚度不容易控制、進(jìn)而影響材料批次一致性，高溫裂解不完全對材料性能有所影響，在電池中添加導(dǎo)電炭黑無法形成穩(wěn)定的SEI膜、使得其表面的活性位點(diǎn)易于與電解液發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生大量的氣體進(jìn)而導(dǎo)致電池循環(huán)受到破壞的缺陷，而提供一種新型的鋰鈦復(fù)合氧化物、改性鈦酸鋰材料及其制備方法、應(yīng)用。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

本發(fā)明提供一種鋰鈦復(fù)合氧化物的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：鋰源化合物和鈦源化合物的原料混合物，先經(jīng)煅燒后，再進(jìn)行表面還原處理即得鋰鈦復(fù)合氧化物；其中，所述原料混合物中鋰元素與鈦元素的摩爾比為b，且0.75＜b＜0.8；所述表面還原處理在還原氣氛下進(jìn)行，所述還原氣氛為氫氣氣氛或者所述還原氣氛為氫氣和其他氣體的混合氣氛，所述其他氣體為氮?dú)夂?或惰性氣體，所述表面還原處理的溫度為600-800℃，所述表面還原處理的時(shí)間為5-15h。

上述鋰鈦復(fù)合氧化物的制備方法中，所述b例如可為0.789。

上述鋰鈦復(fù)合氧化物的制備方法中，所述鋰源化合物可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的鋰源化合物，所述鋰源化合物較佳地為碳酸鋰和/或氫氧化鋰。