[发明专利]一种锂离子电池电极材料的表面包覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电极材料的表面包覆方法，具体涉及一种以偏钛酸锂对锂离子二次电池电极材料的表面包覆方式。

背景技术

锂离子电池作为目前市场份额最大的一种储能设备，已经陪伴人类走过了近二十多年。它的优点是能量密度高（可达460-600 Wh/kg)、使用寿命长（可达6年以上）、性能稳定等，但为了能应用于更多领域，例如动力设备，锂离子电池仍有许多技术有待研究和改进。决定锂离子电池性能的关键因素是其电极材料，目前较多使用的正极材料是钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、磷酸铁锂（LiFePO₄）等，较多使用的负极材料是碳、石墨、钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）等。在这些电极材料中，许多电极材料都存在导电性差的缺陷，尤其是材料的锂离子导电率低是多数电极材料都拥有的一大问题，它严重影响了电极材料在高倍率下的电化学性能，例如LiMn₂O₄，LiFePO₄，Li₄Ti₅O₁₂。

为了能够克服这一缺陷，研究者们进行了许多研究，运用了一系列的改进方式，包括颗粒纳米化、离子掺杂、表面包覆等。其中，表面包覆通过在绝缘或低导电性的电极材料表面包覆一层导电物质，实现电极材料导电性的提升。目前较多使用的表面包覆物质是碳，例如原位碳包覆、碳纳米管包覆、碳核壳结构包覆等。但是这类包覆方式仅仅只是通过提升电极材料的电子导电性且并未改善材料的内部导电性，因此其性能改进并不显著。

本发明提供一种以偏钛酸锂（Li₂TiO₃)包覆锂离子电池电极材料表面的方法，在表面形成一层Li₂TiO₃，提高电极材料的离子导电率从而实现电极材料在高倍率下的充放电容量和循环稳定性的提升。

发明内容

本发明的目的在于采用一种新材料——L_i2TiO₃对导电性差的电极材料进行表面包覆，旨在提高电极材料的离子导电性，从而使电极材料在高倍率下的电化学性能得到显著提高。

一种锂离子电池电极材料的表面包覆方法，其特征在于，以电极材料粉体为凝结核，将钛盐缓慢水解生成TiO₂·H₂O在电极材料颗粒表面，同时加入适量的可溶性锂盐，再经煅烧后在其表面生成一层Li₂TiO₃形成表面包覆结构；该工艺包括如下步骤：

（1）将无水乙醇和去离子水以1:0～0.5混合形成溶液500毫升，将电极材料粉末投入该溶液中，用磁力搅拌器搅拌约1小时，得到混合液A；

（2）在混合液A中，按照质量比Li+Ti：电极材料=1：10～40，摩尔比Li：Ti=2～3:1，加入锂和钛的微溶或可溶性化合物，并加入酸为钛盐的水解抑制剂，同时磁力搅拌3～5小时，得到混合液B；

（3）取螯合剂加入到混合液B中，添加氨水调节pH值到7.0，然后在40～80℃的温度下恒温加热，直至得到凝胶态的前驱体；

（4）将前驱体放入烘箱，在120～240℃温度下烘干，将所得固体以研钵研磨至粉体；

（5）将（4）中所得的粉体放入马弗炉中，在空气条件下煅烧5～15 小时，升温速率为1～15℃/min，加热范围为600～1300℃，得到以Li₂TiO₃表面包覆的电极材料。

所述的电极材料为锂离子电池的正极，或负极材料，为锰酸锂（LiMn₂O₄）、磷酸铁锂（LiFePO₄）、磷酸锰锂（LiMnPO₄）、钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）、磷酸镍锂（LiNiPO₄）、磷酸钴锂（LiCoPO₄）、三元材料（LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂）、二氧化钛（TiO₂）中的一种；电极材料粉体的粒径为10～500 nm，电极材料在乙醇/水溶液中的浓度为20～100 g/500 mL。