[发明专利]一种磷酸钛镁铝锂复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磷酸钛镁铝锂复合材料及其制备方法和应用，磷酸钛镁铝锂复合材料包括：磷酸钛镁铝锂,以及包覆在磷酸钛镁铝锂外表面的氧化锌和碳复合包覆层；氧化锌和碳复合包覆层的厚度为10nm‑3μm；磷酸钛镁铝锂的化学通式为Lisubgt;1.3+x/subgt;Alsubgt;0.3‑x/subgt;Mgsubgt;x/subgt;Tisubgt;1.7/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;，其中，0.01≤x≤0.25；将磷酸钛镁铝锂复合材料应用在锂离子电池中，可以提高磷酸钛镁铝锂与电解液接触的界面稳定性，遏制电池内部副反应，减少电解液和锂源的损耗，从而提升电池长循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，特别涉及一种磷酸钛镁铝锂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前锂离子电池已经广泛应用于消费电子、电动汽车、储能市场等人类社会的方方面面。商业化锂离子电池大多使用有机液态电解液作为传输锂离子的载体，然而，绝大多数电解液存在易燃易爆的特性，给锂离子电池的应用带来了安全隐患。

为了解决消费者对于锂离子电池安全性方面的顾虑，行业内的学者和专家认为，未来锂离子电池会逐步由液态向全固态发展，提高电池安全性的同时，进一步提升能量密度。然而这并非一个一蹴而就的过程，固态电解质在锂离子电池中的质量占比，会遵循循序渐进的发展规律，逐步提升。

目前，将锂离子固态电解质应用于正负极匀浆添加、活性材料包覆已经取得了一定的成效。磷酸钛镁铝锂作为一种新型锂离子固态电解质材料，相比传统的磷酸钛铝锂材料含有更少化学计量数的锂，更加廉价易得，用于现有的锂离子电池正负极结构设计，可以提升电池的热安全性，引入离子电导网络，提高电池的电化学性能。然而，磷酸钛镁铝锂与电解液接触以后，会发生副反应，导致电解液消耗，从而导致循环性能恶化。此外，磷酸钛镁铝锂与电解液接触的界面形成钝化层，会导致电极极化增大，导致倍率性能变差。

发明内容

本发明实施例提出了一种磷酸钛镁铝锂复合材料及其制备方法和应用，为了解决磷酸钛镁铝锂应用在锂离子电池中，存在的与电解液接触发生副反应，导致电解液消耗，从而导致循环性能恶化的问题，以及磷酸钛镁铝锂与电解液接触的界面形成钝化层，导致电极极化增大，倍率性能变差的问题。

本发明实施例通过气相法或液相法或固相法在磷酸钛镁铝锂的外表面形成氧化锌和碳复合包覆层，得到磷酸钛镁铝锂复合材料，将该磷酸钛镁铝锂复合材料作为添加剂应用在锂电池的正、负极极片中，可以同时在锂离子电池电极材料的内部引入离子导电网络和电子导电网络，二者耦合后形成的混合电导网络，可以极大地减小电池极化，改善电池充放电倍率性能，同时，氧化锌可以使碳包覆层在确保良好电子电导率的前提下，改善电解液浸润性，避免电池极化的发生，进一步改善锂离子电池的充放电倍率性能；此外，本发明实施例磷酸钛镁铝锂复合材料结构设计简单，与现有生产工艺相兼容，可以提高磷酸钛镁铝锂与电解液接触的界面稳定性，遏制电池内部副反应，减少电解液和锂源的损耗，从而提升电池长循环性能。

本发明实施例提供了一种磷酸钛镁铝锂复合材料，所述磷酸钛镁铝锂复合材料包括：磷酸钛镁铝锂,以及包覆在所述磷酸钛镁铝锂外表面的氧化锌和碳复合包覆层；

所述磷酸钛镁铝锂的化学通式为Li _1.3+xAl_0.3-xMg_xTi_1.7(PO₄)₃，其中，0.01≤x≤0.25；

所述氧化锌和碳复合包覆层的厚度为10nm-3μm。

优选的，所述磷酸钛镁铝锂的粒径D50在50nm-5μm之间；

所述磷酸钛镁铝锂复合材料的粒径D50在60nm-8μm之间。

优选的，所述氧化锌和碳复合包覆层的质量占所述磷酸钛镁铝锂复合材料的质量百分比为0.05％-15％。