[發明專利]一種碳包覆鈦酸鋰電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110615002.1
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113437269B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 唐輝
• 申請（專利權）人: 江蘇茂瑞材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文

本發明公開了一種碳包覆鈦酸鋰電極材料及其制備方法，所述電極材料包括基底和原位生長在基體表面的碳包覆鈦酸鋰，所述基底為鈦箔，所述電極材料具有優異的倍率性能。所述制備方法包括步驟：取鈦箔，將其置于水熱釜中，同時加入水熱試劑，所述水熱試劑含鋰離子、刻蝕劑及有機醇的水溶液，于160℃～200℃水熱反應4h～8h，得到片狀鈦酸鋰@高分子前驅體復合材料；將制備得到的片狀鈦酸鋰@高分子前驅體復合材料置于管式爐中，同時通入惰性氣體，于600℃～900℃退火1h～3h，冷卻后得到片狀碳包覆鈦酸鋰電極材料。所述制備方法通過水熱反應直接在鈦箔表面原位生長得到片狀碳包覆鈦酸鋰，具有制備簡單，得到的負極材料倍率性能好的特點。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料技術領域，特別涉及一種碳包覆鈦酸鋰電極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為潔凈能源主要的儲備方式之一，具有高能量、高功率密度和綠色環保等優點，目前已經應用到各種電子設備及電動汽車上。其中，電極材料是影響鋰離子電池電化學性能的關鍵因素之一。目前商業化的鋰離子電池負極材料以石墨主，但是石墨的嵌鋰電位低(0.1V vs.Li+/Li左右)，極易形成SEI膜，并且充放電過程中體積變化過大，使鋰離子電池的應用受到影響。

鈦酸鋰材料因其“零應變”而備受關注，這是因為，鈦酸鋰用作鋰離子電池負極材料時，在“脫/嵌鋰”過程中，體積幾乎不發生變化，因而具備安全性能高、循環壽命長等優點。同時，鈦酸鋰的充放電電位在1.5V左右，這個電壓要比SEI膜的形成電位還要高，所以鈦酸鋰在循環過程中不會形成SEI膜，因此，鈦酸鋰在大電流下充放電時就不會受到SEI的影響，從而表現出優異的倍率性能。

但是，現有鈦酸鋰材料的電子導電率(為10^－13～10^－8S·cm^－1)和鋰離子擴散系數(約10^－15cm²·s^－1)都相對較低，大大的限制了其在鋰離子電池中的快速充放電能力，即電池的倍率性能。

現有技術中，通過控制鈦酸鋰的尺寸、形貌以及進行表面改性來改善鈦酸鋰材料的倍率性能，如，制備納米結構的鈦酸鋰材料，制備片狀結構的鈦酸鋰材料，制備碳摻雜包覆的鈦酸鋰材料等方法，均能夠縮短鋰離子的擴散距離，提升鈦酸鋰材料的倍率性能。但這些方法均不是在電極上原位合成，得到的鈦酸鋰材料為粉末或片狀，用其制備電極時，還需要借助粘結劑，通過混漿、涂布、真空干燥等過程，才能將鈦酸鋰與集流體結合。因此，非原位合成的鈦酸鋰，一方面會使得電極的制備過程復雜，另一方面，粘結劑的添加會降低鈦酸的占比，從而影響電極的質量容量。

可見，現有技術還有待改進和提高。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種碳包覆鈦酸鋰電極材料及其制備方法，旨在解決現有技術中鋰離子電池電極材料倍率性能差，制備方法復雜的缺陷。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種碳包覆鈦酸鋰電極材料，其中，所述電極材料包括基底和原位生長在基體表面的碳包覆鈦酸鋰，所述基底為鈦箔。

所述碳包覆鈦酸鋰電極材料中，所述碳包覆鈦酸鋰為片狀結構。

一種如上所述的碳包覆鈦酸鋰電極材料的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟：

步驟S1.片狀鈦酸鋰@高分子前驅體復合材料的合成：取鈦箔，將其置于水熱釜中，同時加入水熱試劑，所述水熱試劑含鋰離子、刻蝕劑及有機醇的水溶液，于160℃～200℃水熱反應4h～8h，得到片狀鈦酸鋰@高分子前驅體復合材料；

步驟S2.退火處理：將步驟S1制備得到的片狀鈦酸鋰@高分子前驅體復合材料置于管式爐中，同時通入惰性氣體，于600℃～900℃退火1h～3h，冷卻后得到片狀碳包覆鈦酸鋰電極材料。