[发明专利]低产气量的尖晶石钛酸锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池阳极材料及其制备方法，特别是涉及一种低产气量的尖晶石钛酸锂及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度高、功率密度高、寿命长的二次电池，在现代社会中扮演重要角色。在手机、笔记本电脑等小型设备中，锂离子电池应用极为广泛。同时，随着电动汽车、智能电网等产业的快速发展，锂离子动力电池的需求量急剧上升，对其性能要求日益提高。

应用于锂离子电池中的电极材料是其性能和成本的决定性因素。大量的研究和开发工作集中于正极材料方面，目前已经取得较大进展。而负极方面，相应的工作较少。目前大量使用的石墨、硬碳、中间相碳等碳材料具有较低的电势和较大的电化学比容量，已经成功商业化。更大容量的硅基和锡基材料的稳定性仍存在较大问题。另一方面，尖晶石锂钛复合氧化物，即钛酸锂，电势(1.5V vs.Li⁺/Li)虽然不足够低，电化学比容量(理论容量175mAh·g^-1)也较常用的碳负极低，但其具有非常好的热力学和电化学稳定性。应用钛酸锂为负极材料的锂离子电池的安全性和可靠性较常规锂离子电池有很大优势。同时，在充放电过程中，其体积变化(<1％，石墨约10％，硅大于100％)非常小，被称为零应变材料，具有非常长的循环寿命。并且，其晶格内有允许锂离子传输的三维通道，锂离子在其中的迁移较为顺畅，材料的动力学特性优良。该材料非常应用于对功率特性和安全性要求高的场合。

然而，在实际应用中，钛酸锂与锂离子电池其他成分的相容性需要改进。最显著的问题是其与电解液作用会产生气体。这一方面会使电池产生容量降低、功率降低及寿命缩短等问题，另一方面还会带来安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低产气量的尖晶石钛酸锂及其制备方法，该方法是通过对材料的表面进行修饰包覆，使电解液与钛酸锂材料的直接接触程度降低，抑制界面副反应，大幅度降低产气量，提高安全性。

为此，本发明的技术方案如下：

一种低产气量的尖晶石钛酸锂，其组成为：

Li_4-xTi_5-yO₁₂·zLiTi₂(PO₄)₃，

其中0≤x≤0.04，0≤y≤0.08，0.005≤z≤0.05。

一种低产气量的尖晶石钛酸锂的制备方法，包括如下步骤：

1)用去离子水将尖晶石钛酸锂充分分散得到悬浊液，所述尖晶石钛酸锂的化学式为Li₄Ti₅O₁₂；

2)将含Li⁺、Ti⁴⁺、PO₄^3-的原料加入步骤1)得到的悬浊液I；

3)将悬浊液I置于高压反应釜在140～200℃条件下反应2～10h，得到反应混合物；

4)将步骤3)得到的反应混合物经过滤、分离得到滤渣；

5)将所述滤渣经洗涤、干燥后得到所述低产气量的尖晶石钛酸锂。

所述的含Li⁺和Ti⁴⁺的原料是对应的盐、氧化物或氢氧化物；优选硫酸锂、氢氧化锂、乙酸钛、二氧化钛。

所述的含PO₄^3-的原料是磷酸、可溶的磷酸盐，优选可溶酸式磷酸盐，中的任意一种或任意几种以任意比的混合物。

所述可溶的磷酸盐为NH₄H₂PO₄、(NH₄)₃PO₄或LiH₂PO₄。

当以磷酸为含PO₄^3-的原料或部分含PO₄^3-的原料时，通过控制加入Li⁺和Ti⁴⁺的量，可以使磷酸与一部分尖晶石钛酸锂颗粒表面的锂和钛反应，生成磷酸钛锂包覆层，同时造成钛酸锂表面的缺锂和/或缺钛的缺陷，这一方面有利于包覆层与钛酸锂的紧密结合，另一方面对材料的电导率有一定提升。

附图说明

图1为本发明提供的低产气量的尖晶石钛酸锂的制备方法的流程图；