[发明专利]Li4Ti5O12-TiO2复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属新能源材料技术领域，具体涉及一种可大倍率充放电的锂离子电池复合负极材料Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂的制备方法，在便携式电子设备和动力、储能设备等领域中具有广阔的应用前景。 

背景技术

锂离子电池被誉为最新一代的“21世纪绿色二次电池”，其具有比能量高、工作电压高、环境友好等独特优势，被广泛应用于数码相机、笔记本电脑、移动电话等各种便携式电子设备。近年来，为了从根本上解决汽车的尾气污染，缓解能源危机，实现低污染、零排放，锂离子电池向环保型电动汽车领域扩展。目前，发展电动汽车的当务之急是改进和提高电池性能。 

然而，已成功商业化的碳负极材料仍存在着很大的安全隐患，这主要是因为碳负极与金属锂的电极电位相近(100 mV vs. Li⁺/Li)，在电池过充电时，碳负极表面易析出金属锂，形成的锂枝晶穿透隔膜，造成电池内部短路，从而引发爆炸。与之相比，Li₄Ti₅O₁₂材料理论嵌锂电位为1.55 V（vs. Li⁺/Li），具有高安全性能。同时，作为零应变材料，在大电流快速充放电条件下，其晶体结构稳定，满足了电动汽车动力电源快速充电及长期使用的要求。 

但是Li₄Ti₅O₁₂材料电导率低，导致其在大电流充放电条件下容量衰减很大，倍率性能差，在一定程度上影响了其实用化进程。目前改善Li₄Ti₅O₁₂材料离子导电特性主要从合成纳米颗粒入手，缩短锂离子扩散路径，同时增大了电极活性材料与电解液的接触面积。 

四川大学赖琼钰等采用溶胶-凝胶法，以草酸为螯合剂制备的Li₄Ti₅O₁₂材料，在0.5 mA/cm²电流密度下充放电，其首次充放电比容量为171 mAh/g，35次循环后，比容量保持为150 mAh/g（Yan-Jing Hao, Qiong-Yu Lai, Ji-Zheng Lu, Hong-Li Wang, Yuan-Duan Chen, Xiao-Yang Ji. Synthesis and characterization of spinel Li₄Ti₅O₁₂ anode material by oxalic acid-assisted sol–gel method. J. Power Sources 158 (2006) 1358~1364）。印度A. K. Shukla等采用溶液-燃烧法合成了纳米Li₄Ti₅O₁₂材料，在10 C放电条件下，其比容量约为140 mAh/g，循环稳定性优异。（A. S. Prakash, P. Manikandan, K. Ramesha, M. Sathiya, J-M. Tarascon, A. K. Shukla. Solution-combustion synthesized nanocrystalline Li₄Ti₅O₁₂ as high-rate performance Li-ion battery anode. Chem. Mater. 22 (2010) 2857~2863）。但是溶胶-凝胶法、溶液-燃烧法制备过程复杂，不适合大规模商业化生产。上海交通大学杨立等通过水热法合成了Li₄Ti₅O₁₂材料，平均颗粒尺寸为20 nm左右，在1 C电流密度下充放电，其放电比容量维持在150 mAh/g以上（CN 101475208A）。