[发明专利]一种表面自生长氮化钛导电膜修饰钛酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属新能源材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池用负极材料，特别是涉及利用固态氮源物质通过热解氮化反应在钛酸锂表面自生长一层高导电氮化钛薄膜技术。

背景技术

当今世界，随着全球石油资源紧张，大气环境污染加剧，节能环保的混合电动汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)当前受到了人们格外的关注与极大的发展。而电动汽车对大容量、高功率、高安全的化学电源的需求日益迫切。锂离子电池以其高能量密度、高工作电压、无记忆效应等优点，成为了电动汽车主要的动力来源之一。目前，商品化的锂离子电池负极材料主要是石墨类碳材料。虽然该类材料具有较大的比容量，但是一个主要问题是碳电极的嵌锂电位与金属锂的电位非常接近，大电流充电过程中，极易析出锂形成枝晶，存在安全隐患。同时由于碳负极首次充电过程中在其表面生成SEI膜，不仅消耗大量的锂盐，造成不可逆容量损失，而且高温容易导致SEI膜破坏，损坏材料结构，造成电池性能的下降，无法满足锂离子电池大电流充放电的要求。

尖晶石结构的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)由于具有高的Ti⁴⁺/Ti³⁺(1.55V vs Li)氧化还原电势，因此具有比碳负极和金属锂更高的安全性；同时在钛酸锂表面没有SEI膜的形成，还具有较高的能量转换效率；钛酸锂的理论比容量为175mAh/g，是一种摿阌P鋽材料，充放电过程中体积几乎不发生变化的特点，使其作为锂离子电池负极材料的循环寿命高达4000次，明显高于石墨负极。钛酸锂以其优异的循环性能、充放电能力和平稳的充放电电压平台等优点，使其成为了锂离子电池极具有发展前景的负极材料，有着巨大的研究价值和商业应用前景。

然而，由于Li₄Ti₅O₁₂材料的本征电子电导率较低(约10^-13S/cm)，Li₄Ti₅O₁₂在大电流充放电时容量衰减快、倍率性能差，限制了其在大电流充放电条件下的应用，因此改善其倍率性能成为Li₄Ti₅O₁₂实用化进程的关键。

向Li₄Ti₅O₁₂表面引入电子导电率高的物相，包覆在颗粒表面以增强主相颗粒间的电子导电能力，提高材料的导电性能，是改善材料倍率性能的有效方法。碳包覆Li₄Ti₅O₁₂是当前采用较多的一种提高电极材料的导电性手段，在Li₄Ti₅O₁₂制备过程中加入碳源，从而在颗粒表面分散或者包覆导电碳。一方面，阻止材料颗粒在煅烧过程中团聚长大；另一方面，构建导电网络，提高材料导电性，继而改善Li₄Ti₅O₁₂倍率性能。但过多的碳将会降低材料的质量比容量和振实密度，同时碳包覆层难以在Li₄Ti₅O₁₂颗粒表面包覆均匀、牢固，导致性能不稳定。