[发明专利]一种钛酸锂复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，尤其是一种钛酸锂复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、环境友好等优点，比镍氢电池、铅酸电池及镍铬电池更有潜力成为电动汽车和储能电站的动力源。新能源和电动汽车的规模化研究与开发，对锂离子电池的综合性能提出了更高的要求。目前锂离子动力电池正极材料大多用磷酸铁锂、锰酸锂等，负极主要用碳材料。普遍上来看正极材料安全性能较好，而负极碳材料在过充过放过程中容易与电解液发生剧烈反应，造成电池爆炸。所以目前碳材料做为锂离子动力电池负极材料具有很大安全隐患。提高锂离子电池的安全性，增加电池能量密度，提升电池大电流快速充电性能是今后锂离子动力电池发展的主要方向。

近年来，尖晶石结构钛酸锂作为锂离子电池负极材料得到了广泛的研究和关注。钛酸锂具有对锂1.55V的工作电压平台，电位高不会形成锂枝晶，安全性好，同时它在充放电时体积应变小于1%，被称为“零应变材料”，循环性能好。因此，以钛酸锂作为锂离子电池的负极活性材料具有非常高的安全性和良好的循环性能，在电动汽车、混合动力汽车和储能电池等领域有广泛的应用。

然而，钛酸锂负极材料的锂离子和电子电导率低，在高倍率充放电时容量发挥衰减迅速、倍率性能较差，并且在实际应用中会产气，会导致循环性能衰减，从而限制了该材料的实际应用。因此，如何兼具改善钛酸锂负极材料倍率性能的同时，又能够有效抑制钛酸锂负极材料产气已经成为本领域亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种倍率性能好、能有效抑制材料产气的钛酸锂复合负极材料；本发明还提供了一种钛酸锂复合负极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其在钛酸锂材料的外部包覆有包覆层，所述包覆层为LiAlO₂和SiO_x的混合物，其中，1.01≤x≤2.2。

本发明所述包覆层的厚度约为2～20nm。

本发明所述包覆层占复合负极材料总重的0.1～5%。

本发明方法步骤为：将醇铝化合物溶解于醇溶液中，加入钛酸锂材料，分散；再加入硅酸酯类化合物，继续分散；最后进行干燥、烧结，即可得到所述的钛酸锂复合负极材料。

本发明方法所述醇铝化合物按Al/Ti摩尔比为0.001～0.05加入，所述硅酸酯化合物按Si/Ti摩尔比0.001～0.05加入。

本发明方法所述的醇铝类化合物选自异丙醇铝、仲丁醇铝、和叔丁醇铝中的一种或几种；所述硅酸酯选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯和正硅酸丁酯中的一种或几种。所述醇溶液为无水乙醇和/或异丙醇溶液。

本发明方法所述分散时的搅拌速度均为2000～4000r/min。搅拌时间为4～10h。

本发明方法所述烧结温度为500～800℃，烧结时间为4～10h。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明表面的LiAlO₂本身具有离子导电性，SiO_x在充放电过程中形成固态电解质，均有利于本发明容量和倍率性能的提升；表面的复合LiAlO₂/SiO_x包覆层覆盖钛酸锂材料的表面活性位点，抑制了电解液的还原分解，从而减少了本发明作为锂离子电池负极材料使用时气体的产生，有效地延长了使用寿命。

本发明方法是一种兼具能够提高钛酸锂复合负极材料容量、倍率性能、循环寿命的同时抑制钛酸锂复合负极材料产气的有效途径，且环境友好，工艺简单，成本低廉，适合规模化生产，具有广阔的市场前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为实施例1中钛酸锂复合负极材料的XRD图谱；

图2为本发明所述的尖晶石型钛酸锂材料的TEM照片；

图3为实施例1中钛酸锂复合负极材料的HR-TEM照片；

图4为实施例2中钛酸锂复合负极材料的HR-TEM照片；

图5为实施例3中钛酸锂复合负极材料的HR-TEM照片；

图6为实施例4中钛酸锂复合负极材料的HR-TEM照片；

图7为实例5中钛酸锂复合负极材料的HR-TEM照片；

图8为本发明所述尖晶石型钛酸锂材料在0.2mV/s扫描速率时的循环伏安曲线；

图9为实施例1中钛酸锂复合负极材料在0.2mV/s扫描速率时的循环伏安曲线；