[发明专利]一种增强锂离子电池用钛酸锂材料低温特性的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种锂离子电池材料的改性方法，尤其涉及一种增强钛酸锂材料低温特性的材料改性方法。

背景技术

锂离子电池凭借其高比能量、长寿命、高开路电压、低自放电率、对环境友好等优点，在数码产品、电动玩具、电动汽车和储能等领域得到了广泛使用。目前，锂离子电池已朝着大功率，高比能量，高循环寿命方向迅速发展，以锂离子电池为动力源的电动汽车将逐步取代部分燃油汽车；大型锂离子电堆作为储能设备更多的进入储能电站、智能电网系统中。

尖晶石型钛酸锂材料的理论比容量为175 mAh·g^-1，脱嵌锂电位约为1.55V，且脱嵌锂过程中的体积变化极小（＜0.1%），被称为“零应变”材料，具有高倍率特性、高安全性、超长循环寿命等特点，被认为是最有希望的负极材料之一。然而同其它锂离子电池用电极材料类似，在低温下，钛酸锂材料的电化学性能相比常温时出现明显劣化。

因此，开发一种可增强锂离子电池低温特性的、简便的、利于推广的钛酸锂材料改性方法，将增强钛酸锂锂离子电池的应用范围，极大地促进钛酸锂锂离子电池产业的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强锂离子电池用钛酸锂材料低温特性的改性方法，该方法工艺简单，易于规模化生产，产率高，时间短，能耗低，在增强钛酸锂材料低温特性的同时，可以较大幅度地提高材料的放电比容量和倍率性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种增强锂离子电池用钛酸锂材料低温特性的改性方法，该方法包含以下具体步骤：

步骤1，按质量比为0.5-5：100称取氟化物和钛酸锂材料；

步骤2，将氟化物和钛酸锂材料通过研磨30-120min混合均匀；

步骤3，将步骤2所得混合物在200-600℃下煅烧1-3小时，得到低温特性增强了的锂离子电池用钛酸锂材料。

上述的增强锂离子电池用钛酸锂材料低温特性的方法，其中，所述步骤1中的氟化物为NH₄F或LiF；钛酸锂的结构式为Li₄Ti₅O₁₂。

上述的增强锂离子电池用钛酸锂材料低温特性的方法，其中，所述步骤2中的研磨指研钵研磨或者球磨。

本发明的技术方案具有以下优点：

通过控制氟化物的添加量和煅烧条件（如，温度），实现在不改变钛酸锂本征结构的情况下，在其表面区域形成氟化物包覆层，在增强钛酸锂材料低温特性的同时，可以较大幅度地提高材料的放电比容量和倍率性能。该方法工艺简单，时间短，能耗低，产率高，易于规模化生产。

附图说明

图1是本发明的实施例1所制备的改性钛酸锂材料与改性前钛酸锂材料的X射线衍射(XRD)图。

图2是本发明的实施例1所制备的改性钛酸锂材料与改性前钛酸锂材料的扫描电镜(SEM)图。

图3是本发明的实施例1所制备的改性钛酸锂材料与改性前钛酸锂材料的透射电镜(TEM)图。

图4是本发明的实施例1所制备的改性钛酸锂材料与改性前钛酸锂材料的X射线光电子能谱 (XPS)图。

图5是本发明的实施例1所制备的改性钛酸锂材料与改性前钛酸锂材料在常温下的倍率循环性能曲线。

图6是本发明的实施例1所制备的改性钛酸锂材料与改性前钛酸锂材料在不同温度条件下的1C循环性能曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施方式。

实施例1

步骤1，按质量比为1：100称取NH₄F和钛酸锂材料；

步骤2，将NH₄F和钛酸锂材料通过研钵研磨30min混合均匀；

步骤3，将步骤2所得混合物在300℃下煅烧2小时，得到低温特性增强了的锂离子电池用钛酸锂材料。

通过本实施例得到改性前、后的钛酸锂材料的X射线衍射(XRD)图如图1所示，从图中可以看出改性后材料的晶体结构未发生变化，为标准尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂。

通过本实施例得到改性前后的钛酸锂材料的扫描电镜(SEM)图如图2所示，从图中可以看出改性后材料的颗粒粒径未发生明显改变。

通过本实施例得到改性前后的钛酸锂材料的透射电镜(TEM)图如图3所示，从图中可以看出改性后材料的表面比改性前变粗糙，表面出现纳米颗粒状物质。