[发明专利]一种金属氧化物包覆的钛酸锂负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，特别是涉及一种金属氧化物包覆的钛酸锂负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、长寿命、无记忆效应及环境友好等优点已经应用于移动通讯、笔记本电脑、照相机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车、空间电源的首选配套电源，成为可替代能源的首选。

而先进的电极材料成为目前锂离子电池更新换代的核心技术。目前商品化的锂离子电池负极材料大多采用各种碳材料，但碳材料存在以下缺点：碳材料的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出而形成锂枝晶，从而导致短路；首次充放电效率低；与电解液发生反应；存在明显的电压滞后。与碳负极相比，钛酸锂作为锂离子电池负极材料具有明显的优势：它具有在充放电过程中晶格常数几乎不发生变化的特性，反复充放电晶体结构不容易发生变化，循环性能优异；其嵌锂电位高（1.55VvsLi/Li⁺），不易引起金属锂的析出，抗过充性能好；锂离子扩散系数（2×10^-8cm²/s）比碳负极高一个数量级。使其成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池负极材料。

但是现有技术钛酸锂材料的导电性差（固有导电率10^-9S/cm）,快速充放电性能不能很好的发挥出来，因此需要对材料进行优化，改善其电化学性能。国际陶瓷杂志（Ceramics International）39 (2013) 2695-2698 以LiOH·H₂O和 Ti(OC₄H₉)₄为原料，通过水热法合成了Li₄Ti₅O₁₂微球，该材料在1C倍率下的比容量为152.7mAh/g，5C倍率下的比容量为122mAh/g。水热法制备的产品纯度高、均匀性好、热处理温度较低，但该法通常以有机碳源为原料，生产成本高，不易于工业生产。

电池杂志5（2011）243-246以Li₂CO₃、TiO₂和活性炭为原料，通过两步固相法合成了活性炭改性的尖晶石钛酸锂，添加的活性炭抑制了颗粒的成长，该材料在2C倍率时，比容量为134.7mAh/g，5C倍率时，比容量为103.5mAh/g。该法制备工艺简单，生产成本较低，易于实现工业化生产，但材料的电化学性能不能满足商品化的需求。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的钛酸锂材料的导电性差及快速充放电性能差等技术问题而提供一种金属氧化物包覆的钛酸锂负极材料，该金属氧化物包覆的钛酸锂负极材料的电化学性能优异。

本发明的目的之二是提供上述的一种金属氧化物包覆的钛酸锂负极材料的制备方法，该制备方法具有生产成本低，制备过程简单，适合于工业规模化生产等的特点。

本发明的技术方案

一种金属氧化物包覆的钛酸锂负极材料，即金属氧化物包覆在钛酸锂负极材料的表面而形成，按质量比计算，金属氧化物中的金属的质量：钛酸锂负极材料为0.2-5:100，

所述的金属氧化物为Cu_n1O_m1、Fe_n2O_m2、Cr_n3O_m3、Co_n4O_m4或Ni_n5O_m5；

所述的Cu_n1O_m1中m1:n1的值为1-2；

所述的Fe_n2O_m2中m2:n2的值为0.66-1；

所述的Cr_n3O_m3中m3:n3的值为0.66-1；

所述的Co_n4O_m4中m4:n4的值为0.66-1；

所述的Ni_n5O_m5中m5:n5的值为0.66-1。

上述的一种金属氧化物包覆的钛酸锂负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、按质量比计算，即钛酸锂：金属粉末：分散剂为1：0.002-0.05：0.01-10的比例，将钛酸锂、金属粉末和分散剂混合均匀，然后烘干，得到前驱体；