[发明专利]复合负极材料及其制备方法、负极材料及钛酸锂电池

说明书

本发明提供了一种复合负极材料及其制备方法、负极材料及钛酸锂电池。该复合负极材料的结构通式为Li_4xTi_4x+1O_7+5xNb_2‑2x，其中，0＜x＜1，该复合负极材料为多孔材料。通过对钛酸锂材料和钛铌氧化物材料来进行复合得到的Li_4xTi_4x+1O_7+5xNb_2‑2x复合负极材料，可利用钛铌氧化物负极的高容量特性来提高其能量密度、容量以及循环性能，从而满足对材料的差异性需求，尤其本申请通过对多孔复合负极材料的结构设计，缩短了锂离子在材料内部的扩散路径，从而更有利于电解液的浸入，进而提高了电池的倍率性能，在整体上得到了高能量密度以及高倍率性能的钛酸锂电池。且上述原料廉价易得，成本较低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种复合负极材料及其制备方法、负极材料及钛酸锂电池。

背景技术

尖晶石型结构的钛酸锂材料(Li₄Ti₅O₁₂)具有极高的循环寿命和安全特性，被认为是目前最具应用前景的锂离子电池负极材料之一。尤其与石墨负极相比，Li₄Ti₅O₁₂具有更高的嵌锂电位(比金属锂的电位高1.55V)，可有效避免金属锂的析出和锂枝晶的形成。Li₄Ti₅O₁₂及嵌锂态的Li₇Ti₅O₁₂具有远高于石墨的热力学稳定性，不易引起电池的热失控，从而具有更高的安全性。同时，Li₄Ti₅O₁₂在锂离子嵌入、脱出的过程中，晶格参数几乎不发生变化(晶胞体积变化仅为0.2％)，晶体结构能够保持高度的稳定性，是一种“零应变”材料，因此具有极为优良的循环稳定性。此外，Li₄Ti₅O₁₂还具有优异的低温性能，快速充电能力、耐宽温(工作温度区间-50～60℃)等优点。

但Li₄Ti₅O₁₂电池能量密度较低是钛酸锂电池的主要缺点之一，因此，钛酸锂电池的能量密度能有效提升钛酸锂材料的市场竞争力。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种复合负极材料及其制备方法、负极材料及钛酸锂电池，以解决现有技术中的钛酸锂电池的能量密度较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复合负极材料，该复合负极材料的结构通式为Li_4xTi_4x+1O_7+5xNb_2-2x，其中，0＜x＜1，复合负极材料为多孔材料。

进一步地，上述复合负极材料的结构通式为xLi₄Ti₅O₁₂·(1-x)TiNb₂O₇，0＜x＜1，优选0.2≤x≤0.4。

进一步地，上述复合负极材料的形状为球形，优选复合负极材料的粒径为10～34μm，优选复合负极材料的比表面积为9～36cm²/g。

根据本发明的另一方面，提供了一种复合负极材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，将Li₄Ti₅O₁₂纳米粒和TiNb₂O₇纳米粒进行造球处理，得到微球粒；步骤S2，将微球粒进行煅烧，得到复合负极材料。

进一步地，上述煅烧的温度为500～800℃，优选煅烧的时间为2～8h。