[发明专利]一种抑制产气的钛酸锂电极及制备方法

说明书

本发明属于能源和新材料技术领域，本发明公开了一种抑制产气的钛酸锂电极及制备方法。该电极由钛酸锂和附着在其表面的氟化锂及磷酸锂组成。氟化锂和磷酸锂均为电化学惰性，锂离子导电率高，其协同包覆钛酸锂，可以形成致密包覆层，有效屏蔽钛酸锂电极表面的催化活性点，解决钛酸锂电极在使用过程中的产气问题。本发明采用共沉淀法，使氟化锂及磷酸锂均匀包覆在钛酸锂表面，然后再热处理，使磷酸锂及氟化锂与钛酸锂更紧密的结合。本发明氟化锂及磷酸锂共包覆的钛酸锂电极能够有效抑制钛酸锂电极产气。本发明的制备方法简便、成本低，有利于大规模的推广与应用。

技术领域

本发明涉及能源和新材料技术领域，尤其涉及一种抑制产气的钛酸锂电极及制备方法。

背景技术

尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂，LTO)作为一种锂离子电池负极材料，具有循环寿命长、安全性能高、环境友好等特点，被认为是最具前景的动力锂离子电池负极材料之一，从而受到广泛关注。与其它负极材料相比，LTO具有两个突出的优点：(1)充放电电压平台为1.55V(vs.Li+/Li)，能够避免常用电解液在其表面的还原分解，安全性高；(2)为“零应变”电极材料，晶胞在锂离子脱嵌过程中几乎无体积变化，循环性能优异。

然而，在实际使用过程中，LTO作为锂离子电池负极材料还存在胀气问题。关于LTO为负极的电池胀气的原因认识有多种。Novak以及Belharouak等[J.Electrochem.Soc.,2015,162(6):A870-A876；J.Electrochem.Soc.,2012,159(8)A1165-A1170]认为电池组装过程中会引入水分，因此LTO负极材料的胀气行为是充放电过程中水的分解造成的；Wu等[J.Power Sources,2013,237:285-290]认为电池的充电状态所引起的LTO负极电位的变化是导致其胀气的主要原因；He等[J.Power Sources,2012,202:253-261]认为LTO胀气的主要原因是由于其表面存在催化活性点，与电解液之间存在界面反应而产气。实际应用表明，以LTO为负极的荷电软包电池在存储状态下也会有产气行为，因此，认为LTO与电解液之间存在界面反应导致胀气比较令人信服。

现有技术研究表明，通过惰性材料表面修饰(包覆)LTO或者改性电解液添加剂等途径可以有效抑制其胀气，其中较常用的方法是在LTO表面包覆一层碳膜，或者包覆其它惰性材料，如氧化铝等。但是，上述现有技术对LTO的表面修饰多局限于采用单一材料，对LTO产气抑制有限。因此亟需研究一种由多种材料改性的钛酸锂复合电极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制产气的钛酸锂电极及制备方法，以解决LTO应用于锂离子电池负极材料时所表现的产气行为。

本发明的目的通过如下原理实现：以氟化铵、氢氧化锂、磷酸二氢铵为原料，采用共沉淀法，由于氟离子、磷酸根离子与锂离子能够形成难溶于水的氟化锂和磷酸锂，当在上述前驱体溶液中加入钛酸锂颗粒时，形成的氟化锂和磷酸锂会以钛酸锂为晶种，均匀的生长在其表面，再经过进一步的热处理，可以使形成的氟化锂和磷酸锂与钛酸锂的表面更紧密的结合在一起。氟化锂与磷酸锂的协同效应，能够在钛酸锂表面形成致密的包覆层，更好的屏蔽钛酸锂表面的催化活性点，从而解决钛酸锂负极材料产气膨胀的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种抑制产气的钛酸锂电极，该电极由钛酸锂和紧密附着在其表面的磷酸锂及氟化锂组成。

优选的，在上述一种抑制产气的钛酸锂电极中，钛酸锂为亚微米尺寸，尺寸为100nm-1μm。

优选的，在上述一种抑制产气的钛酸锂电极中，磷酸锂与氟化锂混合在一起共同包覆在钛酸锂表面，能够形成致密的包覆层。

优选的，在上述一种抑制产气的钛酸锂电极中，磷酸锂与氟化锂在钛酸锂电极中所占的质量百分含量为0.1％-3％。