[发明专利]一种锂离子电池负极材料Li3Ti4CoCrO12及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料Li₃Ti₄CoCrO₁₂及其合成方法，属于新能源材料领域，在锂离子电池领域具有潜在应用前景。

背景技术

能源和环境是人类在21世纪必须面对的两个严峻问题。一方面，随着经济的快速发展，人类对于能源的需求也是越来越迫切，能源领域的危机日益严重。另一方面，由于人类过度使用化石能源造成的全球性的环境污染和气候恶化进一步威胁着人类赖以生存的家园。为了更好的应对环境污染以及能源枯竭带来的挑战，实现低碳社会就要求我们研究开发出高效、安全、无污染和可循环再生的新能源体系。锂离子电池以其体积小、重量轻、无污染等优点脱颖而出，越来越受到人们的关注，我国863计划中也将发展电动车列为重要的发展方向。锂（离子）电池作为最新一代的化学电源，成为人们关注的焦点。

锂离子电池是1990 年日本SONY 公司研制出并开始实现商品化的一种高效储能产品，与其他电池相比，锂离子电池的工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长。

加拿大研究者K. Zaghib在1996年第一次提出了选用钛酸锂作为负极材料与高电压正极材料构成锂离子蓄电池(K. Zaghib, Solid state lithium ion batteries using carbon or an oxide as negative electrode, Proceedings of Lithium Polymer Batteries (ISBN 1 56677 167 6))，或者与碳电极组成电化学混合电容器。尖晶石型钛酸锂的放电电压可达到1.55V，同时钛酸锂具有Li⁺三维扩散通道，能够进行大倍率充放电，并且在充放电过程当中材料的结构稳定不变。“零应变”的钛酸锂具有极佳的循环性能和安全性能。但是，Li₄Ti₅O₁₂的电子电导率低导致其在高倍率下电化学性能较差，而且在电池充放电过程中会产生胀气问题严重的影响了电池的循环寿命，这些都限制了钛酸锂的实际应用。

要想发挥钛酸锂材料的优异性能，必须解决现有钛酸锂负极材料中存在电子电导率低，以及电池在充放电过程中存在胀气等问题，需要开发新型高性能钛酸盐体系的负极材料来满足工业界的需要。

发明内容

本发明的目的为了解决现有的负极材料存在的电子电导率低、循环稳定性差等技术问题，而提供一种锂离子电池负极材料Li₃Ti₄CoCrO₁₂及其合成方法，该锂离子电池负极材料Li₃Ti₄CoCrO₁₂具有较高的比容量，较高的电子电导率，良好的循环稳定性和良好的电化学性能。

本发明的技术原理

基于Li₄Ti₅O₁₂尖晶石结构，本发明中采用钴元素和铬元素来部分取代锂、钛元素，通过纳米球磨和高温固相合成制备得到具有尖晶石结构的Li₃Ti₄CoCrO₁₂新型负极材料。该取代过程设计如下：

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本发明的技术方案

一种锂离子电池负极材料Li₃Ti₄CoCrO₁₂，其合成过程中使用的原料，按质量份数计算，其所用的原料组成及含量如下：

二氧化钛                  80-84份

氢氧化锂                  31-35份

三氧化二铬                17.3-21.1份

一氧化钴                  17-20.7份

去离子水                  400份

其通过包括如下步骤的方法合成：

（1）、将80-84份二氧化钛加入到200份去离子水中，搅拌得到二氧化钛悬浮液；

然后将17.3-21.1份三氧化二铬和17-20.7份一氧化钴依次加入到二氧化钛悬浮液中，搅拌均匀后，所得的混合液倒入球磨机中球磨，控制颗粒D50的尺寸为270-330nm，得到纳米尺寸的浆料；