[发明专利]一种钛酸锂包覆硬碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛酸锂包覆硬碳复合材料，它包括硬碳，包覆在硬碳表面的钛酸锂层，以及包覆在钛酸锂表面的碳层；其制备方法为以含Ti化合物为原料，加入过氧化物和弱碱，搅拌，随后在搅拌水解过程中引入硬碳，再加入适量去离子水和酒精的混合溶液用于调控纳米球的大小，同时使混合物水解，在此步骤之后引入锂源，然后加入结构导向剂使钛酸锂前驱体聚集成球，得到钛酸锂/硬碳前驱体，将钛酸锂/硬碳前驱体放入烘箱中烘干，然后再放入充满惰性气体的高温炉中退火烧结，制得钛酸锂包覆硬碳复合材料。本发明在硬碳表面包覆一层钛酸锂，有效地将硬碳的高容量和钛酸锂的快充性能相结合，原位合成，一步到位，方便快捷。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料的技术领域，尤其涉及一种钛酸锂包覆硬碳复合材料及其制备方法。

背景技术

当前城市环境污染日益严重，城市交通排放尤其是公交大巴尾气排放成为重要的污染源。纯电动大巴的发展对缓解城市空气污染尤其是雾霾具有重要作用。电动汽车是我国振兴新能源产业的重要力量，也是世界各国竞相争夺的战略性新兴产业。新能源汽车尤其在深圳已经成为重点发展的战略性产业。加快培育和发展新能源汽车产业，是深圳市应对能源和环境挑战、推动传统汽车产业转型升级的重要选择。由于电动大巴需搭载大量的电池，制造成本高，因此，电动大巴逐渐向短程可快速充电和长寿命方向发展。目前广泛应用的锂离子电池以石墨为负极材料，其快速或低温充电过程中，锂金属容易在石墨表面析出，严重影响电池的安全性能和循环寿命，锂离子电池负极严重制约了低成本纯电动大巴的发展。因此，发展能够快速和低温充电、长循环寿命和高安全性能的锂离子电池负极材料具有重要的价值。

尖晶石结构钛酸锂材料理论容量为175mAh·g^-1，在充放电过程中体积变化甚小、结构稳定、具有三维的锂离子扩散通道，由于其嵌锂电位平台较高(1.55V vs Li+/Li)，锂离子在钛酸锂晶格内部的扩散系数比石墨大，所以即使在快速和低温下充电，锂离子也不会发生沉积，使其具有非常优异的循环可逆性、安全性、低温和快充性能，是制备高功率长寿命及可快充锂离子电池的重要负极材料。然而，钛酸锂材料的本征离子、电子电导率和比容量较低，以钛酸锂为负极组装的锂离子动力电池能量密度仅为70～80Wh/kg，而快充电动大巴较理想的动力电池能量密度需达到120Wh/kg。钛酸锂负极材料一般由纳米级一次颗粒制成的微米级多孔球形二次颗粒，其多孔特性降低了钛酸锂的体积密度，颗粒易碎。

硬碳负极材料具有较高的比容量和良好的快速充放电性能，比容量一般高于石墨，如酚醛树脂热解碳比容量400～500mAh/g，聚糠醇热解碳比容量约400mAh/g，部分热解碳甚至高达900mAh/g，且具有较高的充放电电位。硬碳负极材料的密度较小，比表面积较大，首次充放电效率较低，安全性较差。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中锂电池负极材料不够理想的技术问题，提供一种钛酸锂包覆硬碳复合材料及其原位制备方法。采用该方法制备的钛酸锂包覆硬碳复合材料，具有高容量可快充等优点。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种钛酸锂包覆硬碳复合材料，包括硬碳，包覆在硬碳表面的钛酸锂层，以及包覆在钛酸锂表面的碳层。

作为本发明改进的技术方案，所述钛酸锂层由钛酸锂纳米球组成。

优选地，所述钛酸锂纳米球的粒径≤200nm，所述硬碳的粒径≤10μm。

优选地，所述硬碳质量为钛酸锂质量的29％～45％。