[发明专利]锂离子二次电池及其负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子二次电池技术领域，尤其涉及一种锂离子二次电池用表面改性的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二次电池。 

背景技术

锂离子二次电池具有高工作电压、高比能量等优点，因此被广泛应用在便携式电子设备、电动汽车和储能系统等诸多领域，具有广阔的应用前景。 

锂离子二次电池一般包括：正极片、负极片、间隔于正负极片之间的隔膜和电解液，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物质层，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物质层。 

负极活性物质对锂离子二次电池的安全性能、倍率性能具有重要影响，常见的负极活性物质包括：石墨、锡硅基合金和钛酸锂。其中，作为锂离子二次电池的负极活性物质，钛酸锂至少具有以下优点： 

首先，钛酸锂是一种零应变材料，能够避免充放电循环中，由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少了随循环次数增加而带来比容量大幅度衰减，因此以钛酸锂作为负极活性物质的锂离子二次电池比以石墨、锡硅合金作为负极活性物质的锂离子二次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，因此不会出现像石墨那样因析出高比表面积的锂枝晶而造成电池的短路等问题，因此，以钛 酸锂作为负极活性物质的锂离子二次电池相对于以石墨作为负极活性物质的锂离子二次电池具有更好的安全性能； 

最后，钛酸锂由于自身结构特点，具有三维的锂离子通道，其锂离子扩散系数比碳负极材料大一个数量级，在全电池中，表现为优异的倍率性能和低温性能。 

尽管钛酸锂作为负极活性物质具有以上诸多优点，但也有其缺点，其中最为显著的是采用钛酸锂作为负极活性物质时的锂离子二次电池在高温时容易胀气，造成电池变形，不仅影响电池的外观，更影响电池的充放电循环性能等电池性能的稳定性。 

为了抑制钛酸锂作为负极活性物质时产气严重的问题，已有技术在钛酸锂表面包覆碳层或简单金属氧化物层。这种包覆虽然可以在一定程度上将钛酸锂与电解液隔离开来，从而抑制电池的产气，但是包覆层的碳或简单金属氧化物会以电化学惰性离子的形式摻杂进入钛酸锂晶格，导致材料的克容量有降低，电化学性能变差。 

有鉴于此，确有必要提供一种能够抑制电池高温产气的锂离子二次电池负极材料及其制备方法，以及包含该负极材料的具有良好电化学性能和优越的高温性能的锂离子二次电池。 

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够抑制电池高温产气的锂离子二次电池负极材料。 

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种锂离子二次电池用负极材料，包括钛酸锂颗粒，所述钛酸锂颗粒表面包覆有钴酸锂，所述钴酸锂的化学式为Li_xCo_1-yM_yO₂，其中，0.2≤x≤1.05，0≤y≤0.15，M为Al、Mg、Ga、Ge、Sn、Si、Zr、Ca、Sb、In、Ni和Mn中的 至少一种元素，所述钴酸锂的质量与所述钛酸锂颗粒的质量比为(0.1-10)∶(90-99.9)。 

作为本发明锂离子二次电池用负极材料的一种改进，所述钴酸锂的质量与所述钛酸锂颗粒的质量比为(1-5)∶(95-99)。 

作为本发明锂离子二次电池用负极材料的一种改进，所述钴酸锂的质量与所述钛酸锂颗粒的质量比为3∶97。