[发明专利]钛酸锂负极材料及其制备方法以及使用该钛酸锂负极材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种钛酸锂负极材料及其制备方法，以及使用钛酸锂负极材料的锂离子电池。

背景技术

当前，电子产品、电动工具、移动产品的快速发展需要高性能电池。锂离子电池相对于铅酸蓄电池、镍镉电池和镍氢电池具有工作电压高、能量密度高等优点，因此获得了广泛的应用。

锂离子电池一般包括：正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，其中，正极片包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性材料，负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极活性材料。

负极活性材料对锂离子电池的安全性能、倍率性能具有重要影响，常见的负极活性材料包括石墨、锡硅合金和钛酸锂。其中，作为锂离子电池的一种常见负极活性材料，钛酸锂具有以下优点：

首先，钛酸锂是一种零应变材料，在满充与满放时体积几乎不发生任何变化，可避免在循环过程中体积变化造成的容量衰减，因此以钛酸锂作为负极活性材料的锂离子电池比以石墨、锡硅合金作为负极活性材料的锂离子电池具有更长的循环寿命。

其次，钛酸锂相对于锂的电位约为1.55V，远大于析锂电位，因此不会出现因析锂造成的安全问题。

最后，以钛酸锂作为负极活性材料的锂离子电池相对于以石墨作为负极活性材料的锂离子电池具有更好的安全性能和低温性能，且能够进行大倍率的充电和放电。

但是，以钛酸锂作为负极活性材料的锂离子电池具有以下缺陷：高温下容易产气，影响了锂离子电池性能的稳定性。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种具有良好稳定性的钛酸锂负极材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种钛酸锂负极材料，其表面包覆有一种或多种金属氧化物M_xO_y。

作为本发明钛酸锂负极材料的一种改进，所述金属氧化物M_xO_y中的M为Al、Mg、Ga、Ge、Sn、Zr、Ca、Sb、In中的一种或几种。

作为本发明钛酸锂负极材料的一种改进，所述钛酸锂负极材料表面包覆的金属氧化物M_xO_y的质量百分含量为0.1％～20％。

本发明的另一个目的在于：提供一种具有良好稳定性的锂离子电池。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，其中，正极片包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极活性材料，负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极活性材料，负极活性材料为前述钛酸锂负极材料。

本发明的又一个目的在于：提供一种钛酸锂负极材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种钛酸锂负极材料的制备方法，其包括以下步骤：将一种或几种含有表面包覆金属M的盐类化合物、反应助剂溶解于溶剂中，加入钛酸锂粉末，搅拌使其发生水解反应，获得水解反应产物；以及将反应产物清洗后干燥，再进行高温处理得到表面包覆金属氧化物M_xO_y的钛酸锂负极材料。

作为本发明钛酸锂负极材料的制备方法的一种改进，所述表面包覆金属M的盐类化合物中的M为Al、Mg、Ga、Ge、Sn、Zr、Ca、Sb、In中的一种或几种，所述反应助剂为H₃BO₃、H₂CO₃、H₂SO₃、CH₃COOH、HNO₂、HClO、CH₃CH₂OH中的一种或几种，所述表面包覆金属M的盐类化合物与所述钛酸锂的质量比为1％～30％，所述反应助剂与所述钛酸锂的质量比为0.1％～3.0％。

作为本发明钛酸锂负极材料的制备方法的一种改进，所述溶剂为水，或能与水混溶的有机溶剂，或水和能与水混溶的有机溶剂的混合物。

作为本发明钛酸锂负极材料的制备方法的一种改进，所述水解反应在20～90℃任一选定的温度下恒温进行，水解反应时间为1～12小时。

作为本发明钛酸锂负极材料的制备方法的一种改进，所述干燥在50～180℃下进行，干燥时间为0.5～8小时。

作为本发明钛酸锂负极材料的制备方法的一种改进，所述高温处理温度为500～950℃，时间为1～16小时。