[发明专利]一种亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料及其制备方法，所述磷酸铁锂表面包覆有亚氧化钛，所述亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料的分子式为LiFePO₄/Ti₄O₇，所述亚氧化钛的包覆量为5%‑10%。本发明的技术方案，采用了具有高导电性的亚氧化钛对磷酸铁锂材料进行包覆改性，显著改善了磷酸铁锂的大倍率充放电能力、降低了磷酸铁锂在大电流密度下循环容量的衰减、提高了其高倍率循环性能；同时，有效降低了电池内阻，提高了磷酸铁锂动力电池的比功率，适应动力电池深度循环需求；而且，本发明技术方案的制备工艺简便，适合工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子材料技术领域，尤其涉及一种亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料及其制备方法。

背景技术

商品化的铁锂电池正极材料为磷酸铁锂，具有高达170mAh/g的理论容量、良好的循环性能和安全性能，使其成为动力锂离子电池的主力军，但由于磷酸铁锂具有较低的锂离子扩散速率（10^-14∼10^-10cm²/s）和低的电子电导率（<10^-9s/cm），使得磷酸铁锂不能满足动力电池的使用需求。常规多采用碳包覆手段改善磷酸铁锂的导电性能，但碳比表面积太大，分散性不好，且抗腐蚀能力差，导致电池容量的衰减。且随着动力电池对高能量密度、高功率密度的要求，对于磷酸铁锂的导电性、循环容量保持、大倍率充放电性能、快速充电等性能还有待进一步提高。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料及其制备方法，所述亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料的导电网络分布均匀性更好，有利于降低电池内阻、提高动力电池的比功率，同时有利于降低电池材料循环容量的衰减，改善材料的大倍率性能。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料，所述磷酸铁锂表面包覆有亚氧化钛，所述亚氧化钛包覆改性磷酸铁锂复合材料的分子式为LiFePO₄/Ti₄O₇，所述亚氧化钛的包覆量为5%-10%。

本发明提供了一种亚氧化钛包覆的磷酸铁锂复合正极材料，亚氧化钛易分散，其效果比碳包覆更佳，导电网络分布更加均匀；亚氧化钛导电性及耐腐蚀性能均优于碳，而且化学性质稳定，在高电流密度或高酸条件下不钝化，不腐蚀，进而使有效降低电池内阻，提高动力电池的比功率，适应动力电池深度循环需求；同时降低电池材料循环容量的衰减，改善材料的大倍率性能，充电速度可以大幅度提高。

作为本发明的进一步改进，其采用以下步骤制备得到：

步骤S1：制备磷酸铁锂；

步骤S2：将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中搅拌，再加入乙酸，搅拌均匀；然后加入去离子水，搅拌0.5~2h，得到黄色溶胶溶液，再加入增稠剂，搅拌均匀得到氧化钛溶胶；其中，所述乙酸与钛酸四丁酯的体积比为1:(4~6)，所述去离子水的用量为钛酸四丁酯体积的1/10；优选的，所述乙酸与钛酸四丁酯的体积比为1:5。

步骤S3：将磷酸铁锂加入到步骤S2的氧化钛溶胶中，所述磷酸铁锂与氧化钛溶胶中的钛酸四丁酯的物质的量比为5:1-10:1，搅拌均匀，真空抽滤，真空干燥1-4h；加入还原性物质进行还原反应，并于800∼900℃加热10∼15h，自然冷却，即得亚氧化钛包覆的磷酸铁锂复合材料；其中，所述还原性物质为KBH₄、HCHO、NaH₂PO₃、液氨锂、H₂、肼中的至少一种。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述磷酸铁锂与氧化钛溶胶中的钛酸四丁酯的物质的量比为6:1-8:1。