[发明专利]锂离子电池负极材料锡/钛酸锂复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其涉及一种锂离子电池，具体来说是一种锂离子电池负极材料锡/钛酸锂复合电极材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着石油、天然气的开采和大量使用以及汽车行业的发展，石油等资源的不可再生性日益受到广泛的关注。人们对城市空气质量及地球石油资源危机等问题日趋重视，保护环境，节约能源的呼声日趋高涨，促使人们高度重视新能源的开发和利用。锂离子电池由于具有长的循环寿命和高的能量密度而被认为是混合电动汽车以及便携式电子设备很有前景的新能源。

众所周知，锂离子电池整体性能主要取决于电池材料的性能，所以研制新型高比能量电池材料一直是锂离子电池研究热点。锂离子电池的负极材料主要是作为储锂的主体，在充放电过程中它实现锂离子的嵌入和脱出。从锂离子电池的发展看来，负极材料的研究对锂离子电池的出现起着决定性的作用。

20世纪90年代初，日本索尼公司率先开发出碳负极材料，显著提高了锂离子电池的安全性和充放电循环寿命。但是碳负极的电位与锂的电位很接近，电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出而引发安全问题，易与电解液发生作用，存在明显的电压滞后。因此，研究和开发新的电化学性能更好的负极材料成为锂离子二次电池研究领域的热门课题。

总的说来，负极材料主要有以下几种：锡基负极材料，硅基负极材料，以及新型合金材料等。尖晶石型钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）作为锂离子电池负极材料具有突出的优点（Ohzuku T, Ueda A, Yamamogto N. J. Electrochem. Soc., 1995, 142(5): 1431.）。尖晶石Li₄Ti₅O₁₂的晶胞参数为0.836nm，放电非常平稳，有很好的充放电平台，平均平台电压为1.56V（Nakahara K, Nakajima R, Matsushima T, et al. J. Power Sources, 2003, 117: 131-136.）。充电过程中不像碳材料一样需要生成钝化膜，首次库伦效率高达90%以上，与电解液相容性好。锂离子的扩散系数为2*10^-8cm²/s ，比通常碳负极材料高1个数量级。 Li₄Ti₅O₁₂作为一种零应变材料，晶体稳定，且循环性能也好，具备了下一代锂离子蓄电池必须的充电次数更多、充电过程更快、更安全的特性。

但是，Li₄Ti₅O₁₂的理论嵌锂容量较低（175mAh/g，石墨为372 mAh/g），另外，Li₄Ti₅O₁₂材料的本征电子导电能力(电导率约10^-9S/cm)和离子导电能力(锂离子扩散系数约为2*10^-8cm²/s)不高，堆积密度低，因此Li₄Ti₅O₁₂在大电流充放电时容易极化，导致容量衰减快。这些都限制了其作为高倍率负极材料在动力锂离子电池和储能电池中的应用。

锡基材料由于具有较高的理论容量和较好的安全性能，己成为了近年来新型锂离子电池负极材料的研究热点之一。但锡类材料在循环脱嵌锂离子时会产生较大的体积变化，引起锡基体的机械分裂，导致电极变形与开裂，从而逐渐崩塌、粉化失效，性能大幅度衰减（Yang J, Winter M, Besenhard J O. Small Particle size multiphase Li-alloy anodes for Lithium-ion batteries. Solid State Ionics, 1996, 90: 281—287）。因此，需要寻找合适的缓冲体系，以最大程度的抑制活性锡合金化过程中的体积变化。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池负极材料锡/钛酸锂复合电极材料的制备方法，所述的这种锂离子电池负极材料锡/钛酸锂复合电极材料的制备方法要解决现有技术中的锂离子电池的锡类材料在循环脱嵌锂离子时会产生较大的体积变化，引起锡基体的机械分裂，导致电极变形与开裂，从而逐渐崩塌、粉化失效，性能大幅度衰减的技术问题。

本发明一种锂离子电池负极材料锡/钛酸锂复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：