[发明专利]一种超宽温度高倍率钛酸锂电池

说明书

本发明公开了一种超宽温度高倍率钛酸锂电池，包括正极、负极和电解液；所述负极中的活性材料为双壳层钛酸锂‑锂镧锆氧化物复合中空微球，制备步骤为：单分散SiO₂微球的制备；SiO₂@钛酸锂微球制备；SiO₂@钛酸锂@SiO₂微球制备；SiO₂@钛酸锂@SiO₂@LLZO微球的制备；一次煅烧；去除模板；碳包覆。本发明采用双壳层钛酸锂‑锂镧锆氧化物复合中空微球作为负极材料，可显著提升钛酸锂负极材料的电子电导率及离子电导率，得到可在超宽温域下使用且具有良好的高倍率充放电性能的钛酸锂电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种超宽温度高倍率钛酸锂电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、对坏境无污染等特点，已经被广泛应用于便携式电子设备和动力汽车上，目前商业锂离子电池最广泛使用的负极材料是石墨，然而，在充放电过程中，石墨负极具有较低的电压平台，脱嵌锂过程中负极表面容易形成锂枝晶，会刺破电池隔膜，从而导致短路等严重的安全隐患。安全问题是目前锂离子电池急需解决的关键问题。

钛酸锂电池是Li₄Ti₅O₁₂作为负极的锂离子电池。Li₄Ti₅O₁₂负极材料具有如下优势：1、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，循环性能好；2、对锂电位高(约1.55V vs.Li/Li⁺)，不易形成锂枝晶，减小内部短路的风险；3、具备快速充放电特征(比碳的扩散系数高一个数量级)，功率密度高；4、其尖晶石结构具有三维的锂离子扩散通道，且表面不形成固液界面钝化膜，在低温下各项动力学性能仍能保持常温时的状态，充电不会导致短路或出现使负极恶化的锂枝晶，因此具备超宽温范围完全充放电的能力。因而钛酸锂电池由于负极材料Li₄Ti₅O₁₂的特点，具有循环寿命长，安全性高，宽温域使用的优点，在电网储能、新能源车领域具有广泛的应用前景。

然而，Li₄Ti₅O₁₂材料固有的电导率为10^-13S/cm，锂离子的扩散系数大约为10^-9～10^-13cm²/s，贫弱的电导率和较低的锂离子扩散，使其在大电流充放电过程中比容量下降较快，倍率性能不佳，限制了其应用。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的钛酸锂电池在大电流充放电过程中比容量下降较快，倍率性能较差的问题，提供一种超宽温度高倍率钛酸锂电池，采用双壳层钛酸锂-锂镧锆氧化物复合中空微球作为负极材料，可显著提升钛酸锂负极材料的电子电导率及离子电导率，得到可在超宽温域下使用且具有良好的高倍率充放电性能的钛酸锂电池。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超宽温度高倍率钛酸锂电池，包括正极、负极和电解液；所述负极中的活性材料为双壳层钛酸锂-锂镧锆氧化物复合中空微球，其制备方法包括如下步骤：

(1)单分散SiO₂微球的制备：在搅拌状态下，将正硅酸乙酯的无水乙醇溶液逐滴加入氨水的无水乙醇溶液中，搅拌反应1～2h，将产物分离得到单分散SiO₂微球；

(2)SiO₂@钛酸锂微球制备：将单分散SiO₂微球加入无水乙醇中，并加入硬脂酸，分散均匀后加入钛酸四丁酯；搅拌状态下向体系中滴加LiOH水溶液，继续搅拌反应2～3h，将产物分离得到SiO₂@钛酸锂微球；