[发明专利]四氧化三钴和钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

一种四氧化三钴和钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池领域。该四氧化三钴和钛酸锂复合材料，包括尖晶石钛酸锂和四氧化三钴，四氧化三钴的质量百分比为3～20％，余量为尖晶石钛酸锂。其制备方法为：将氯化钴和氨水反应，制得氢氧化钴；将制备的氢氧化钴和二氧化钛、氢氧化锂混合，进行水热还原，得到四氧化三钴和钛酸锂复合材料。采用该四氧化三钴和钛酸锂复合材料作为锂离子电池的负极材料的活性物质，提高了导电性、特别是提高了首次充放电比容量，同时，保持了锂离子电池中钛酸锂的循环稳定性，其制备方法简单、制备的锂离子电池首次放电比容量高、循环稳定性好。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种四氧化三钴和钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池以其开路电压高、循环寿命长、能量密度高及自放电率小等优点被认为是便携式电器和电动汽车的理想动力能源。目前，商用锂离子电池负极材料大多采用各种嵌锂碳\石墨材料。但是，含碳负极材料在第一次循环时形成一层表面钝化薄膜，大大消耗正极材料中的锂离子，造成很大的容量损失。同时，这种材料在高功率脉冲充电时固有的安全性不稳定。

尖晶石型钛酸锂的理论比容量为175mAh/g。作为一种极具前景的锂离子电池的电极材料，尖晶石钛酸锂具有在充放电过程中骨架结构几乎不发生变化的“零应变”特性，具有很好的充放电平台，嵌锂电位高，不易引起金属锂析出；同时，不与电解液反应，具有非常优越的循环性能和安全性能。此外，锂离子在钛酸锂材料中扩散速度快，有利于提高锂离子电池的大倍率充放电性能。目前已经实现钛酸锂离子电池纯电动公交车，其由于拥有快充、长寿命、耐高低温、高安全性等优点，已在商业上广泛应用。

但是目前制备的Li₄Ti₅O₁₂负极材料仍然存在着导电性差、密度低、比容量小等缺点。对钛酸锂材料运用离子掺杂、表面包覆等方法研究提高钛酸锂材料比容量、导电性在产业上具有强烈需求，对于钛酸锂做锂离子电池材料负极性能的提高有着重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的在于提供四氧化三钴和钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池，该四氧化三钴和钛酸锂复合材料可以作为锂离子电池负极材料的活性物质，其制备方法采用水热还原法，原位自生成四氧化三钴和钛酸锂复合材料，采用该四氧化三钴和钛酸锂复合材料作为锂离子电池的负极材料的活性物质，提高了导电性、特别是提高了首次充放电比容量，同时，保持了锂离子电池中钛酸锂的循环稳定性，其制备方法简单、制备的锂离子电池首次放电比容量高、循环稳定性好。

本发明的一种四氧化三钴和钛酸锂复合材料，包括尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)和四氧化三钴，其中，四氧化三钴的质量百分比为3～20％，余量为尖晶石钛酸锂。

所述的四氧化三钴为片层状，其粒径为0.8～1.2μm，厚度为80～150nm；

所述的尖晶石钛酸锂为颗粒状，其粒径为50-100nm。

所述四氧化三钴和钛酸锂复合材料为颗粒状尖晶石钛酸锂材料弥散分布在片层状四氧化三钴的表面。

本发明的四氧化三钴和钛酸锂复合材料的制备方法，为将氯化钴和氨水反应，制得氢氧化钴；将制备的氢氧化钴和二氧化钛、氢氧化锂混合，进行水热还原，得到四氧化三钴和钛酸锂复合材料。

本发明的四氧化三钴和钛酸锂复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：制备氢氧化钴

将氯化钴和稀氨水反应，得到反应溶液，向反应溶液中滴加纯氨水，使反应溶液的pH值为7.5～8.5，得到氢氧化钴沉淀，固液分离，将固体物质烘干后，得到氢氧化钴；